【PHP7源碼學習】2019-03-19 PHP引用

baiyan

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因爲這個系列的視頻後面會再次細講垃圾回收，那麼咱們今天先複習一下PHP中的引用，爲後面作一個鋪墊，後續的筆記會詳細講解垃圾回收器的相關運行原理。

PHP7中的引用

• 引用：能夠經過不一樣的變量名，訪問同一個變量內容。
• PHP7中的引用經過讓兩個變量指向同一塊內存空間實現了上述特性。在進行引用賦值後，等號左右兩邊的變量均變成了引用類型(IS_REFERENCE)。這塊公用的內存空間就是PHP7爲引用類型的變量專門建立的一個結構體，叫作zend_reference。
• 代碼示例：

$a = 1;
echo $a;
$b = &$a; //$b是$a的引用
echo $a;
echo $b;
unset($b);
echo $a;

• 咱們用gdb調試以上代碼：
• 首先執行$a = 1;而且打印$a的值，$a就是一個普通的zval，其類型是IS_LONG，很好理解：

• 執行關鍵的一步：$b = &$a，打印$a的值，觀察$a的存儲狀況：

• 觀察上圖，能夠發現$a的type變成了10 (IS_REFERENCE)類型，而且ref字段指向了一個新的結構體，這就是zend_reference，zend_reference中存儲着$a與$b共同的值1，因爲$a與$b同時引用着這個結構體，故此時該結構體的refcount = 2。
• 接下來打印$b，觀察$b的存儲狀況：

• 觀察上圖，發現與$b的type也是IS_REFERENCE類型，且ref字段也指向了一個zend_reference結構體，比較$a與$b指向的zend_reference，兩者地址相同，說明指向了同一個zend_reference結構體。此時兩個變量的存儲狀況以下圖所示：

• 接下來執行unset($b)，觀察$a以及zend_reference的存儲狀況，咱們看是否符合預期：

• 咱們看到unset($b)以後，$a所指向的zend_reference的refcount由2變爲1，說明如今只有$a引用着這個結構體，b再也不引用這個結構體，其類型變成了IS_UNDEF類型，代碼執行完畢。
• 那麼咱們看一下zend_reference結構體的基本結構：

struct _zend_reference {
    zend_refcounted_h gc; //gc相關，存有refcount
    zval  val;   //引用類型的變量值存在這個zval中的zend_value字段中。簡單類型的值直接存在這裏，複雜類型的值存儲對應數據結構的指針，來找到這個變量的值，和以前講基本變量時候講過的同樣。
};

• 這個結構體一共只有2個字段，gc字段中是zend_refcounted_gc結構體類型，其中存儲了引用計數；val字段存儲了引用類型變量的值（簡單類型如整型、浮點型的值直接存在這裏，複雜類型存對應數據結構的指針，與以前講基本變量的時候講過的同樣）。這樣至關於加了一箇中間層，使得原始的zend_string或zend_array在內存中只有1份，方便管理與維護。

循環引用問題

• 咱們首先構造一個循環引用：

<?php
$a = ['time' => time()];
echo $a;
$a[] = &$a; //循環引用
echo $a;
unset($a);
echo $a;

• 注意：因爲開啓opcache的PHP7會在數組初始化的元素所有爲常量元素的時候，將其優化成不可變數組(immutable array)，這裏的引用計數值refcount = 2只是一個僞引用計數，因此咱們使用$a = ['time' => time()]，讓其初始化後的refcount爲正常的1。]見下圖：

• 利用gdb調試這段代碼：
• 執行完$a初始化並打印$a，refcount爲1，type爲7(IS_ARRAY)而此時的ref字段中的值是非法地址，說明此時尚未生成中間的zend_reference結構體:

• 繼續執行下一行$a[] = &$a; 觀察下圖中綠色方框的含義：

  - $a的zval中的ref指向zend_reference結構體
  - zend_reference結構體中的zval字段中的arr指針指向了原始的zend_array
  - zend_array中的arData指針指向了bucket類型
  - zend_array中的bucket數組元素也是一個IS_REFERENCE類型，它又指回到同一個zend_reference結構體：

• 根據gdb調試狀況畫出內存結構圖：

• 因爲有兩個東西指向zend_reference結構體（一個是$a，一個是$a數組中的一個元素），因此refcount = 2。原始的zend_array中也有一個refcount字段，因爲只有一個zend_reference指向這個zend_array，因此refcount = 1。
• 接下來繼續執行unset($a)：

• 咱們能夠看到，$a的type類型變成了0(IS_UNDEF)，同時其指向的zend_reference結構體的refcount變爲了1（由於$a數組中的元素仍然在指向它），咱們畫圖來表示一下如今的內存狀況：

• 那麼問題出現了，$a是unset掉了，可是因爲原始的zend_array中的元素仍然在指向仍然在指向zend_reference結構體，因此zend_reference的refcount是1，而並不是是預期的0。這樣一來，這兩個zend_reference與zend_array結構在unset($a)以後，仍然存在於內存之中，若是對此不做任何處理，就會形成內存泄漏。
• 那麼如何解決循環引用帶來的內存泄漏問題呢？垃圾回收就要派上用場了。在PHP7中，若是檢測到refcount -1 後仍 > 0的變量，會把它放入一個雙向鏈表中，等待垃圾回收，至關於一個緩衝區的做用。待緩衝區滿了以後（10000個存儲單元），而後再對其進行標記和清除（之後會在代碼層面具體講垃圾回收的方法）。
• 緩衝區的做用就是減小垃圾回收算法運行的頻率，減小對正在運行的服務端代碼的影響。