PHP zval內存回收機制和refcount_gc和is_ref_gc

對於PHP這種須要同時處理多個請求的程序來講，申請和釋放內存的時候應該慎之又慎，一不當心便會釀成大錯。另外一方面，除了要安全的申請和釋放內存外，還應該作到內存的最小化使用，由於它可能要處理每秒鐘數以千計的請求，爲了提升系統總體的性能，每一次操做都應該只使用最少的內存，對於沒必要要的相同數據的複製則應該能免則免。咱們來看下面這段PHP代碼：

$a = "hello";

$b = $a;

unset($a);

第一條語句執行後，PHP建立了$a這個變量，併爲它申請了12B的內存來存放"hello world"這個字符串（最後加個NULL字符，你懂的）。緊接着把$a賦給了$b，並釋放掉$a;

對於PHP來講，若是每一次變量賦值都執行一次內存複製的話，那須要額外申請12B的內存來存放這個重複的數據,固然爲了複製內存，還須要cpu執行某些計算，這固然會加劇cpu的負載。當第三句執行後，$a被釋放了，咱們剛纔的設想忽然變的這麼滑稽，此次賦值顯得好多餘哦。若是早就知道$a不用了，那咱們直接讓$b用$a的內存不就好了，還賦值幹嗎？若是你以爲12B沒什麼，那設想下若是$a是個10M的文件內容，或者20M，是否是咱們的計算機資源消耗的有點冤枉呢？

別擔憂，PHP很聰明！

前面說過，PHP變量的名稱和值在內核中是保存在兩個不一樣的地方的，值是經過一個與名字毫無關係的zval結構來保存，而這個變量的名字a則保存在符號表裏，二者之間經過指針聯繫着。在咱們上面的例子裏，$a是一個字符串，咱們經過zend_hash_add把它添加到符號表裏，而後又把它賦值給$b,二者擁有相同的內容！若是二者指向徹底相同的內容，咱們有什麼優化措施嗎？

如今咱們檢查$a和$b兩個變量，他們的值指向了"Hello NowaMagic!"這個字符串在內存中的位置。可是在第三行：unset($a);這條語句釋放了$a。在這種狀況下，unset函數並不知道$a的值同時被$b用着，因此若是它直接釋放內存，則會致使$b的值也被清空了，從而致使邏輯錯誤，甚至可能會致使系統崩潰。

呵呵，其實你內心明白，PHP不會讓上述問題發生的！回顧一下zval的四個成員value、type、is_ref__gc、refcount__gc，咱們對value和type已經很熟了，如今則是後兩個成員發揮威力的時候了，這裏咱們主要講解refcount__gc這個成員。當一個變量被第一次建立的時候，它對應的zval結構體的refcount__gc成員的值會被初始化爲1，理由很簡單，由於只有這個變量本身在用它。可是當你把這個變量賦值給別的變量時，refcount__gc屬性便會加1變成2，由於如今有兩個變量在用這個zval結構了！

這個時候當咱們再用unset刪除$a的時候，它刪除符號表裏的$a的信息，而後清理它的值部分，這時它發現$a的值對應的zval結構的refcount值是2，也就是有另一個變量在一塊兒用着這個zval，因此unset只需把這個zval的refcount減去1就好了！

引用計數絕對是節省內存的一個超棒的模式！可是當咱們修改$b的值，並且還須要繼續使用$a時，該怎麼辦呢？

$a =1;

$b = $a;

$b += 5;

從代碼邏輯來看，咱們但願語句執行後$a仍然是1，而$b則須要變成6。咱們知道在第二句完成後內核經過讓$a和$b共享一個zval結構來達到節省內存的目的，可是如今第三句來了，這時$b的改變應該怎樣在內核中實現呢？

答案很是簡單，內核首先查看refcount__gc屬性，若是它大於1則爲這個變化的變量從原zval結構中複製出一份新的專屬與$b的zval來，並改變其值。如今$b變量擁有了本身的zval，而且能夠自由的修改它的值了。

Change on Write 寫時複製

若是用戶在PHP腳本中顯式的讓一個變量引用另外一個變量時，咱們的內核是如何處理的呢？

$a =1;

$b =&$a;

$b += 5;

做爲一個標準的PHP程序猿，咱們都知道$a的值也變成6了。當咱們更改$b的值時，內核發現$b是$a的一個用戶端引用，也就是所它能夠直接改變$b對應的zval的值，而無需再爲它生成一個新的不一樣與$a的zval。由於他知道$a和$b都想獲得此次變化！

可是內核是怎麼知道這一切的呢？簡單的講，它是經過zval的is_ref__gc成員來獲取這些信息的。這個成員只有兩個值，就像開關的開與關同樣。它的這兩個狀態表明着它是不是一個用戶在PHP語言中定義的引用。在第一條語句($a = 1;)執行完畢後,$a對應的zval的refcount__gc等於1，is_ref__gc等於0;。 當第二條語句執行後($b = &$a;)，refcount__gc屬性向往常同樣增加爲2，並且is_ref__gc屬性也同時變爲了1！

最後，在執行第三條語句的時候，內核再次檢查$b的zval以肯定是否須要複製出一份新的zval結構來，此次不須要複製.

這一次，儘管它的refcount等於2，可是由於它的is_ref等於1，因此也不會被複制。內核會直接的修改這個zval的值。

Separation Anxiety

咱們已經瞭解了php語言中變量的複製和引用的一些事，可是若是複製和引用這兩個事件被組合起來使用了該怎麼辦呢？看下面這段代碼：

$a = 1;

$b = $a;

$c = &$a;

這裏咱們能夠看到,$a,$b,$c這三個變量如今共用一個zval結構，有兩個屬於change-on-write組合($a,$c),有兩個屬於copy-on-write組合($a,$b),咱們的is_ref__gc和refcount__gc該怎樣工做，才能正確的處理好這段複雜的關係呢？

The answer is: 不可能！在這種狀況下，變量的值必須分離成兩份徹底獨立的存在！$a與$c共用一個zval,$b本身用一個zval，儘管他們擁有一樣的值，可是必須至少經過兩個zval來實現。見下圖【在引用時強制複製！】

一樣，下面的這段代碼一樣會在內核中產生歧義，因此須要強制複製！

$a = 1;

$b = &$a;

$c = $a;

須要注意的是，在這兩種狀況下，$b都與原初的zval相關聯，由於當複製發生時，內核還不知道第三個變量的名字。