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PHP之引用計數內存管理機制和垃圾回收機制

psychola / 1807人閱讀

摘要：引入的同步算法傳統上，像以前的用到的引用計數內存機制，無法處理循環引用的內存泄漏。然而使用文章引用計數系統中的同步周期回收中的同步算法，解決了這個內存泄漏問題，這種算法就是的垃圾回收機制。

引用賦值 
$a = "apple";
$b = &$a;

上述代碼中，我將一個字符串賦值給變量a，然后將a的引用賦值給了變量b。顯然，這個時候的內存指向應該是這樣的：

$a -> "apple" <- $b

a和b指向了同一塊內存區域(變量容器 zval ），我們通過 var_dump($a, $b) 得到 string(5) "apple" string(5) "apple" ，這是我們預期的結果。

unset函數 與 引用計數 unset 函數

假如我想將 "apple" 這個字符串從內存中釋放掉。我是這么做的：

unset($a);

但是通過再次打印 $a $b 兩變量的信息，我得到了這樣的結果：Notice: Undefined variable: a 和 string(5) "apple" 。奇怪，$a $b 指向同一個變量容器，又明明將$a釋放了，為什么$b還是"apple"。

其實是這樣的，unset()只是將一個變量符號a（指針）銷毀了，并沒有釋放掉那個變量容器，所以執行完操作之后，內存指向只是變成了這樣：

"apple" <- $b
引用計數

引用計數 (reference count)是每個變量容器中都會存放的一條信息，它表示當前變量容器正被多少個變量符號所引用。

正如之前的例子，unset（）并沒有釋放變量所指向的變量容器，而只是將變量符號銷毀了。同時，將變量容器中的 引用計數 減1，當引用計數為0時，也就是說當變量容器不被任何變量引用時，便會觸發php的垃圾回收（錯誤） ，它便會被釋放（正確）。

更正上述的一個小錯誤： 這種單純的引用計數方式是 php 5.2 之前的內存管理機制，稱不上是垃圾回收機制，垃圾回收機制是 php 5.3 才引入的，垃圾回收機制為的是解決這種單純的引用計數內存管理機制的缺陷（即 循環引用導致的內存泄漏，下文會進行講解）

回到正題，我們用代碼來驗證一下先前的結論：

$a = "apple";
$b = &$a;

$before = memory_get_usage();
unset($a);
$after = memory_get_usage();

var_dump($before - $after);  // 結果為int(0)，變量容器的引用計數為1，沒有釋放
$a = "apple";
$b = &$a;

$before = memory_get_usage();
unset($a, $b);
$after = memory_get_usage();

var_dump($before - $after);  // 結果為int(24)，變量容器的引用計數為0，得到釋放
直接釋放

那要怎樣做才能真正釋放掉 "apple" 所占用的內存呢？

利用上述方法，我們可以在 unset($a) 之后再 unset($b) ，將變量容器的所有引用都銷毀，引用計數減為0了，自然就被釋放掉了。

當然，還有更直接的方法：

$a = null;

直接賦值 null 會將 $a 所指向的內存區域置空，并將引用計數歸零，內存便被釋放。

腳本執行結束后的內存

對于一般的web程序來說（fpm模式下），php的執行是單線程同步阻塞型的，當腳本執行結束之后，腳本內使用的所有內存都會被釋放。那么，我們手動去釋放內存到底有意義嗎？

其實關于這個問題，早有解答，推薦大家看一下鳥哥 @laruence 2012年發表的一篇文章：

請手動釋放你的資源(Please release resources manually)
引用計數內存管理機制的缺陷：循環引用

現在我們來講講之前提到的引用計數內存管理機制的缺陷。

當一個變量容器的引用計數為0時，php會進行垃圾回收。但是，你可想過，有一種情況會導致一個變量容器的引用計數永遠不會被減為0，舉個例子：

$a = ["one"];
$a[] = &$a;

我們看到，$a數組第二個元素就是它本身。那么，存放數組的這個變量容器的引用計數為2，一個引用是變量a，另一個引用是這個數組的第二個元素 - 索引1。

那么，如果這時我們 unset($a) ，存放數組的變量容器的引用計數會減1，但還有1個引用，就是數組的元素 1 ，現在引用結構變成了這樣：

由于變量容器的引用計數沒有變為0，所以不能被釋放，而且這時又沒有外部其他變量符號引用它，用戶也沒有辦法去清除這個結構，這時它就會一直駐留在內存之中。

所以如果代碼中存在大量的這種結構和操作，最終會導致內存損耗甚至泄漏。這就是 循環引用 帶來的內存無法釋放的問題。

慶幸的是，fpm模式下，當請求的腳本執行結束，php會釋放所有腳本中使用到的內存，包括這個結構。但是，如果是守護進程下的php程序呢？比如swoole。這個php需要解決的急迫問題（已經解決，見下文）。

PHP 5.3.0 引入的同步算法

傳統上，像以前的 php 用到的引用計數內存機制，無法處理循環引用的內存泄漏。然而 5.3.0 PHP 使用文章 ? 引用計數系統中的同步周期回收(Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems) 中的同步算法，解決了這個內存泄漏問題，這種算法就是PHP的垃圾回收機制。

具體算法的實現和流程有些許復雜，請閱讀官方文檔，這里不再贅述，另附上幾個算法流程講解的文章鏈接，講得比較直白：

http://php.net/manual/zh/feat... 官方文檔
http://www.cnblogs.com/leoo2s...
https://blog.csdn.net/phpkern...

最后，還是引用鳥哥文章的這兩段來說明問題：

在PHP5.2以前, PHP使用引用計數(Reference count)來做資源管理, 當一個zval的引用計數為0的時候, 它就會被釋放. 雖然存在循環引用(Cycle reference), 但這樣的設計對于開發Web腳本來說, 沒什么問題, 因為Web腳本的特點和它追求的目標就是執行時間短, 不會長期運行. 對于循環引用造成的資源泄露, 會在請求結束時釋放掉. 也就是說, 請求結束時釋放資源, 是一種補救措施(backup).
然而, 隨著PHP被越來越多的人使用, 就有很多人在一些后臺腳本使用PHP, 這些腳本的特點是長期運行, 如果存在循環引用, 導致引用計數無法及時釋放不用的資源, 則這個腳本最終會內存耗盡退出.


所以在PHP5.3以后, 我們引入了GC, 也就是說, 我們引入GC是為了解決用戶無法解決的問題.

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