PHP 的垃圾回收機制

Java 種的垃圾回收機制，你們確定都有所瞭解，好比如何肯定垃圾，有兩種算法，引用計數法和可達性分析算法。Java 中使用的是可達性分析算法，而 PHP 使用的引用計數算法。咱們都知道引用計數算法較難處理循環引用的問題，PHP 這波奇怪的操做可太秀了，那 PHP 的垃圾回收原理是怎麼樣的？

1、PHP 中的引用計數

1.1 如何肯定垃圾

原理： 給對象添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它，計數器的值就加一。每當有一個引用失效，計數器的值就減一。

• 若是一個變量 value 的 refcount 減一以後等於 0，此 value 能夠被釋放掉，不屬於垃圾。垃圾回收器不會處理 。

• 若是一個變量 value 的 refcount 減一以後仍是大於 0，此 value 被認爲不能被釋放掉，可能成爲一個垃圾。

• 垃圾回收器將可能的垃圾收集起來，等達到必定數量後開始啓動垃圾鑑定程序，把真正的垃圾釋放掉。

缺點： 須要維護引用計數器，有必定的消耗。且較難處理循環引用的問題。後面也會講到如何解決這個問題。

下面的例子說明引用計數的是如何變化的：

1.2 PHP 中的變量知識

每一個 php 變量存在一個叫 zval 的變量容器中。一個 zval 變量容器，除了包含變量的類型和值，還包括兩個字節的額外信息。

第一個是 is_ref，是個 bool 值，用來標識這個變量是不是屬於引用集合（reference set） 。經過這個字節，php 引擎才能把普通變量和引用變量區分開來，因爲 php 容許用戶經過使用&來使用自定義引用，zval 變量容器中還有一個內部引用計數機制，來優化內存使用。

第二個額外字節是 refcount，用以表示指向這個 zval 變量容器的變量（也稱符號即 symbol ）個數。

1.3 使用引用計數的類型

有 5 種類型用的引用計數：

string、array、object、resource、reference

下面的表格說明了只有 type_flag 爲如下 8 種類型且 IS_TYPE_REFOUNTED=true 的變量才使用引用計數，以下表所示

2、回收原理

2.1. 回收時機

• 自動回收：在變量 zval 斷開 value 的指向時，若是發現 refcount=0 則會直接釋放 value。

  • 斷開 value 指向的情形
    • 修改變量時會斷開原有 value 的指向
    • 函數返回時會釋放全部的局部變量

• 主動回收

  調用 unset() 函數。相似於 Java 中的 System.gc()

2.2 垃圾鑑定

垃圾收集器收集的可能垃圾到達必定數量後，啓動垃圾鑑定、回收程序。

原理：垃圾是因爲成員引用自身致使的，那麼就對 value 的 refcount 減一操做，若是 value 的 refount 變爲了 0，則代表其引用所有來自自身成員，value 屬於垃圾。另外垃圾只會出如今array、object類型中。

• 步驟一： 遍歷垃圾回收器的 buffer 緩衝區，把 value 標爲灰色，把 value 的成員的 refount-1，仍是標爲灰色。

• 步驟二： 遍歷垃圾回收器的 buffer 緩衝區，若是 value 的 refcount 等於 0，標爲白色，認爲是垃圾；若是不等於 0，則表示還有外部的引用，不是垃圾，將 refcount+1 還原回去，標爲黑色。

• 步驟三： 遍歷垃圾回收器的 buffer 緩衝區，將 value 爲非白色的節點從 buffer 中刪除，最終 buffer 緩衝區中都是真正的垃圾。

• 步驟四： 遍歷垃圾回收器的 buffer 緩衝區，釋放此 value。

3、帶你看源碼

1. 垃圾管家

我稱 _zend_gc_globals 爲垃圾管家，結構體會對垃圾進行管理，收集到的可能成爲垃圾的 value 就保存在這個結構的 buf 中，稱爲垃圾緩存區。

文件路徑：\Zend\zend_gc.h。

2. 垃圾管家初始化

（1）php.ini 解析後調用 gc_init() 初始垃圾管家_zend_gc_globals

文件路徑：\Zend\zend_gc.c

（2）gc_init() 函數裏面調用 gc_reset() 函數初始化。

3. 判斷是否須要收集

（1）在銷燬一個變量時就會判斷是否須要收集。調用 i_zval_ptr_dtor() 函數

​ 文件路徑：Zend\zend_variables.h

• 若是 refcount 減一後，refcount 等於 0，則認爲不是垃圾，調用 _zval_dtor_func 方法釋放此 value。

• 若是 refcount 減一後，refcount 大於 0，則認爲 value 多是垃圾，垃圾管家進行收集

3. 收集垃圾

文件路徑：\Zend\zend_gc.c，調用方法：gc_possible_root

• 拿出 unused 指向的節點。
• 若是拿出的節點是可用的，則將 unused 指向下一個節點。
• 若是 unused 沒有可用的，且 first_unused 尚未推動到 last_unused，則表示 buf 緩存區中還有可用的節點。
• 拿出 first_unused 指向的節點。
• first_unused 指向下一個節點。
• buf 緩存區已滿，啓動垃圾鑑定、垃圾回收。
• 若是未啓用垃圾回收，則直接返回。

• 將插入的變量標爲紫色，防止重複插入。
• 將該節點在 buf 數組中的位置保存到了 gc_info 中，當後續 value 的 refcount 變爲了 0。
• 須要將其從 buf 中刪除時能夠知道該 value 保存在哪一個 gc_root_buffer 中。

5. 釋放垃圾

因爲回收方法 zend_gc_collect_cycles() 實在是太長，我把幾個關鍵步驟理出來了：

• 掃描根節點

• 收集根節點

• 調用回收器

• 清理變量

• 收集完成

4、總結

（1）PHP 的垃圾回收和 Java 的垃圾回收仍是頗有很大區別的，咱們都覺得沒有高級語言會用到引用計數法來回收垃圾，但恰恰 PHP 用的是引用計數。

（2）PHP 用了一套本身的算法來解決因循環引用而產生垃圾的問題，這套算法能夠簡單理解爲先把可疑垃圾的引用計數減一來進行測試，若是引用計數確實等於 0 ，則標記顏色爲黑色，後續一塊兒清理。

（3）PHP 垃圾收集中總共用到了三種關鍵顏色： 白色- 垃圾， 黑色- 非垃圾， 紫色- 防止重複插入。