PHP7擴展開發(四)：拷貝與引用

引用計數

迄今爲止，咱們向HashTables中加入的zval要麼是新建的，要麼是剛拷貝的。它們都是獨立的，只佔用本身的資源且只存在於某個HashTable中。做爲一個語言設計的概念，建立和拷貝變量的方法是「很好」的，可是習慣了C程序設計就會知道，經過避免拷貝大塊的數據(除非絕對必須)來節約內存和CPU時間並很多見。考慮這段用戶代碼：

<?php
$a = file_get_contents('fourMegabyteLogFile.log');
$b = $a;
unset($a);

若是執行zval_copy_ctor()（將會對字符串內容執行estrndup()）將$a拷貝給$b，那麼這個簡短的腳本實際會用掉8M內存來存儲同一4M文件的兩份相同的副本。在最後一步取消$a只會更糟，由於原始字符串被efree()了。用C作這個將會很簡單，大概是這樣：b = a; a = NULL;。

Zend引擎的作法更聰明。當建立$a時，會建立一個潛在的string類型的zval，它含有日至文件的內容。這個zval經過調用zend_hash_add()被
賦給$a變量。當$a被拷貝給$b，引擎作相似下面的事情：

{
    zval **value;
    zend_hash_find(EG(active_symbol_table), "a", sizeof("a"), (void**)&value);
    ZVAL_ADDREF(*value);
    zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "b", sizeof("b"),  value,sizeof(zval*));
}

實際代碼會更復雜點，簡單的說，就是經過引用計數來記錄zval在符號表中、數組中、或其餘地方被引用的次數。這樣$b = $a賦值只要將其引用計數+1，而不用去進行內容拷貝。

當用戶空間代碼調用unset($a)，引擎對該變量執行zval_ptr_dtor()。在前面用到的zval_ptr_dtor()中，你看不到的事實是，這個調用沒有必要銷燬該zval和它的內容。實際工做是減小refcount。若是，且僅僅是若是，引用計數變成了0，Zend引擎會銷燬該zval。

有些簡單數據類型不須要單獨分配內存，也不須要計數；PHP7中zval的long和double類型是 不須要 引用計數的。

php7的zval結構從新定義了，都有一個一樣的頭（zend_refcounted）用來存儲引用計數：

typedef struct _zend_refcounted_h {
    uint32_t         refcount;          /* reference counter 32-bit */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
                zend_uchar    type,
                zend_uchar    flags,    /* used for strings & objects */
                uint16_t      gc_info)  /* keeps GC root number (or 0) and color */
        } v;
        uint32_t type_info;
    } u;
} zend_refcounted_h;

拷貝 vs 引用

有兩種方法引用zval。第一種，如上文示範的，被稱爲寫複製引用（copy-on-write referencing）。第二種形式是徹底引用（full referencing）；當提及「引用」時，用戶空間代碼的編寫者更熟悉這種, 以用戶空間代碼的形式出現相似於：$a = &$b;。

在zval中，這兩種類型的區別在於它的is_ref成員的值，0表示寫複製引用，非0表示徹底引用。注意，一個zval不可能同時具備兩種引用類型。因此，若是變量起初是is_ref（即徹底引用－譯註），而後以拷貝的方式賦給新的變量，那麼必將執行一個徹底拷貝。考慮下面的用戶空間代碼：

<?php
$a = [];    //$a     -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
$b = &$a;      //$a, $b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
$c = $a;      //// $a, $b, $c -> zend_array_1(refcount=3, value=[])

在這段代碼中，爲$a建立並初始化了一個zval，將is_ref設爲0，將refcount設爲1。當$a被$b引用時，is_ref變爲1，refcount遞增至2。當拷貝至$c時，Zend引擎不能只是遞增refcount至3，由於如此則$c變成了$a的徹底引用。關閉is_ref也不行，由於如此會使$b看起來像是$a的一份拷貝而不是引用。因此此時分配了一個新的zval，並使用zval_copy_ctor()把原始（zval）的值拷貝給它。原始zval仍爲is_ref==一、refcount==2，同時新zval則爲is_ref=0、refcount=1。如今來看另外一塊內容相同的代碼塊，只是順序稍有不一樣：

<?php
$a = [];  //$a     -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
$c = $a;  // $a, $c     -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[])
$b = &$a; // $c -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=0) -> HashTable_1(value=[])
          // $b, $a -> zval_1(type=IS_ARRAY, refcount=2, is_ref=1) -> HashTable_2(value=[])
          // $b 是 $a 的引用, 但卻不是 $a 的 $c, 因此這裏 zval 仍是須要進行復制
          // 這樣咱們就有了兩個 zval, 一個 is_ref 的值是 0, 一個 is_ref 的值是 1.

全部的變量均可以共享同一個數組,最終結果不變，$b是$a的徹底引用，而且$c是$a的一份拷貝。然而此次的內部效果稍有區別。如前，開始時爲$a建立一個is_ref==0而且refcount=1的新zval。$c = $a;語句將同一個zval賦給$c變量，同時將refcount增至2，is_ref還是0。當Zend引擎遇到$b = &$a;，它想要只是將is_ref設爲1，可是固然不行，由於那將影響到$c。因此改成建立新的zval並用zval_copy_ctor()將原始（zval）的內容拷貝給它。而後遞減原始zval的refcount以代表$a再也不使用該zval。代替地，（Zend）設置新zval的is_ref爲一、refcount爲2，而且更新$a和$b變量指向它（新zval）。

<?php
$a = [];   // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
 
$b = $a;   // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=2, value=[])
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) ---^
 
// zval 分離在這裏進行
$a[] = 1   // $a = zval_1(type=IS_ARRAY) -> zend_array_2(refcount=1, value=[1])
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])
 
unset($a); // $a = zval_1(type=IS_UNDEF),   zend_array_2 被銷燬
           // $b = zval_2(type=IS_ARRAY) -> zend_array_1(refcount=1, value=[])

這個過程其實挺簡單的。如今整數再也不是共享的，變量直接就會分離成兩個單獨的 zval，因爲如今 zval 是內嵌的因此也不須要單獨分配內存，因此這裏的註釋中使用 = 來表示的而不是指針符號 ->，unset 時變量會被標記爲 IS_UNDEF。

總結

PHP7 中最重要的改變就是 zval 再也不單獨從堆上分配內存而且不本身存儲引用計數。須要使用 zval 指針的複雜類型（好比字符串、數組和對象）會本身存儲引用計數。這樣就能夠有更少的內存分配操做、更少的間接指針使用以及更少的內存分配。