PHP內存池分析

1、爲何須要內存池

     內存是很是寶貴的資源，須要最優訪問；

     操做系統適合管理大塊內存，如一頁（4096字節），不適合小塊內存分配；不作內存池管理，容易產生內存碎片，會出現剩餘內存夠，但沒有一塊連續內存來分配，會引發操做系統把程序HOLD住來整理碎片的狀況；

     另外直接調用操做系統分配內存會致使從用戶態切換到內核態，開銷比較大；

2、內存池設計目標：

一、化零爲整，減小系統調用；

二、不出現內存泄露；

三、高效，儘可能無鎖設計；

3、PHP內存池實現

這是官方的示意圖，其中free_buckets表明小塊內存列表，large_free_buckets表明大塊內存列表，還有一個rest_buckets, 鳥哥的解釋是："這個結構是個雙向列表, 用來保存一些PHP分配後剩下的內存, 避免無心義的把剩餘內存插入free_buckets帶來的性能問題"。

對於小塊內存, PHP還引入了cache機制:

引入cache機制但願作到,一次定位就能查找分配。

其中free_bitmap和和large_free_bitmap爲位圖，指示對應位相應的內存索引是否有空閒內存。

下面會具體說明PHP是如何管理內存，在說明以前先說明下環境，筆記實驗的機器是64位的，PHP版本爲5.6.2，下面的數據都是基於這個前提。

PHP內存管理主要是圍繞free_buckets和large_free_buckets這二個數組來 展開的，這二個數組都是一個長度爲64的數組。

一、小塊內存管理

free_buckets管理長度小於等於528字節的內存，free_buckets[0]管理長度爲長度16-23字節的內存，free_buckets[1]管理長度爲24-31字節的內存，依此類推……

其中每一項又是一個雙向鏈表，講起來比較抽象，咱們來畫圖描述下分配和釋放內存後內存的佈局吧。

剛開始free_buckets數組每項都爲NULL：

歸還32字節內存後

歸還36字節內存後

下次假設要分配長度32-39字節之間的內存如35，直接從下標2中遍歷元素，只要哪一個元素的長度大於等於要分配的長度，即將長度爲36的內存歸還。

接下來咱們看下小塊內存的分配是怎麼處理的，爲了保證內存分配的高效，PHP每次會從操做系統分配大塊內存，默認是256KB，能夠經過環境變量ZEND_MM_SEG_SIZE來設置。

從操做系統分配內存後，PHP會根據前面的換算關係，將內存塊放到相應的內存塊中，便於後續快速分配。

二、大塊內存管理

小塊內存管理長度小於等於528（參考宏ZEND_MM_MAX_SMALL_SIZE的定義）字節的內存，大於528的都由large_free_buckets來管理，large_free_buckets也是長度爲64的數組，每一個下標管理的內存範圍是前開閉區間，設下標爲i，則管理內存長度爲[2^i, 2^(i+1))。

舉幾個例子，large_free_buckets[9]的下標爲9，2的9次方是512， 因此其管理長度爲512-1023之間的內存；

large_free_buckets[10]管理長度爲1024-2047之間的內存；large_free_buckets[11]管理長度爲2048-4095之間的內存……

這樣一共能夠管理最大2^64的內存，固然實際不會用這麼多，由於PHP有內存限制相關參數。

能夠看到，在大塊內存的設計時，並無和小塊內存同樣每一個下標管理的內存長度差爲8，而是下一個下標管理的長度爲上一個下標管理的長度的2倍；之因此這樣設計，由於大塊內存比較大，不用太細的管理，另外就是要儘可能節省內存，若是相鄰下標管理內存長度差爲8字節，則須要很大的數組來管理這些內存。

這樣設計還會有個問題，可能會形成巨大的內存浪費，以下標10管理1024-2047之間的內存，若是釋放一塊長度爲2046的內存，但申請的時候只要1030字節，則多餘的1016字節就白白浪費了，對於這個問題，PHP經過樹和雙向列表來管理：

什麼意思呢，結合釋放內存的過程說明下：

1）、釋放2048字節內存

     結合前面講的，落在下標的11元素上，2048的二進制是100000000000，其中第1個1表示落在哪一個下標中，這裏從右到左數排第12位，從0開始計算就是第11位；

       從左到右數第二位是0，因此放到下標1這個元素的左子樹上。

二、釋放3100字節內存

3100的二進制是110000011100，從左到右數第二位是1，因此放在右子樹上。

三、釋放4093字節內存

      4093的二進制是111111111101，從左到右第二位是1，放右子樹上，發現右子樹已經有了3100，再往右數，第三位仍是1，因此放到3100的右子樹上

申請的時候就是掃這個順序掃描的，若是對應二進制位爲0，則掃描左子樹，若是爲1則掃描右子樹。

舉個例子，這時若是要申請2900字節內存，轉成二進制爲101101010100，從左往右第2位爲1，因此走到3100這裏就返回了，而不會分配到4093字節的內存。

4、總結

一、PHP的內存分配主要是圍繞兩個數組來展開：free_buckets和large_free_buckets，其中前者用來管理小塊內存，後者用來管理大塊內存。

二、對於小塊內存，作到儘可能能夠再次使用，分紅64個區段，每段管理的內存字節間隔爲8，即下標爲0管理16-23，下標1管理24-31，依此類推……

三、對於大塊內存，數組不宜過大，因此數組的長度也是64，可是爲了避免浪費內存，採用樹+雙向列表來管理，方便快速查找，也不會浪費太多內存。

四、內存分配時先從操做系統分配較大塊內存，分配完後放入上述相應的數組中，方便下次使用。

分佈式ID算法&實現

直播評論系統分析設計

一次線上Mysql死鎖分析