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淺析PHP7 的垃圾回收機(jī)制

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垃圾回收機(jī)制

垃圾回收機(jī)制是一種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配方案。它會(huì)自動(dòng)釋放程序不再需要的已分配的內(nèi)存塊。 自動(dòng)回收內(nèi)存的過程叫垃圾收集。垃圾回收機(jī)制可以讓程序員不必過分關(guān)心程序內(nèi)存分配,從而將更多的精力投入到業(yè)務(wù)邏輯。 在現(xiàn)在的流行各種語言當(dāng)中,垃圾回收機(jī)制是新一代語言所共有的特征。

垃圾的產(chǎn)生

PHP7 中復(fù)雜類型,像字符串、數(shù)組、對(duì)象等的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,頭部都有一個(gè) gc, 這個(gè) gc 的作用就是用來對(duì)垃圾回收的支持。當(dāng)變量賦值、傳遞時(shí),會(huì)增加 value 的引用數(shù), unset、return 等釋放變量時(shí)再減掉引用數(shù),減掉后如果發(fā)現(xiàn) refcount 變?yōu)?0 則直接釋放 value,這是變量的基本回收過程。

不過有一種問題是這個(gè)機(jī)制無法解決的,就是循環(huán)引用的問題。

什么是循環(huán)引用呢? 簡(jiǎn)單說就是變量的內(nèi)部里存的 value 又引用了變量自身。 這種比較經(jīng)常發(fā)生在數(shù)組和對(duì)象類型的變量上。

這里先講一下引用,即 zend_reference 這個(gè)類型,這個(gè)是 PHP7 新增的變量類型,當(dāng)對(duì)變量使用 “” 操作時(shí),會(huì)創(chuàng)建新的中間結(jié)構(gòu)體 zend_reference,這個(gè)結(jié)構(gòu)體會(huì)真正的指向?qū)?yīng)的 value 結(jié)構(gòu)。

舉個(gè)例子:

// 當(dāng)進(jìn)行如下賦值操作時(shí)
$a = 'hello'; // $a -> zend_string
$b = $a; // $b,$a -> zend_string
$c = $b; // $c,$b -> zval(type = IS_REFERENCE, refcount = 2) -> zend_string


最終會(huì)變成如下這樣:

 

即 $b 和 $c 的 zval 是通過中間結(jié)構(gòu)體 zend_reference 再指向最終的 zend_string

回到循環(huán)引用的問題,舉個(gè)數(shù)組循環(huán)引用例子:

$arr = [1];
$a[] = $a;
unset($a);

使用 操作之后,變量 a 就變成了引用類型且引用計(jì)數(shù) refcount 為 2,而又賦值給自己里面的元素,即變量 a 變成了自己引用自己。

具體如下如所示:

 

當(dāng) unset 之后就變成下圖這樣:

 

即 $a 所在的 zval 類型已經(jīng)變成了 IS_UNDEF 了,zend_reference 結(jié)構(gòu)體的引用計(jì)數(shù)減 1,但是仍然大于 0,這時(shí)候,這部分結(jié)構(gòu)體就變成了垃圾,對(duì)此不處理的話,就可能會(huì)造成內(nèi)存泄露。這里就需要垃圾收集器將這部分收集到緩沖區(qū),之后進(jìn)行回收處理。

回收過程

如果當(dāng)變量的 refcount 減小后大于 0,PHP 并不會(huì)立即對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行垃圾鑒定和回收,而是放入一個(gè)緩沖區(qū)中,等這個(gè)緩沖區(qū)滿了以后(10000 個(gè)值)再統(tǒng)一進(jìn)行處理,加入緩沖區(qū)的是變量 zend_value 里的 gc,目前垃圾只會(huì)出現(xiàn)在數(shù)組和對(duì)象兩種類型中,數(shù)組的情況上面已經(jīng)介紹了,對(duì)象的情況則是成員屬性引用對(duì)象本身導(dǎo)致的,其它類型不會(huì)出現(xiàn)這種變量中的成員引用變量自身的情況,所以垃圾回收只會(huì)處理這兩種類型的變量。

gc 的結(jié)構(gòu) zend_refcounted_h 具體如下:

typedef struct _zend_refcounted_h {
  uint32_t     refcount; // 記錄 zend_value 的引用數(shù)
  union {
    struct {
      zend_uchar  type, // zend_value的類型, 與zval.u1.type一致
      zend_uchar  flags, 
      uint16_t   gc_info // GC信息,記錄在 gc 池中的位置和顏色,垃圾回收的過程會(huì)用到
    } v;
    uint32_t type_info;
  } u;
} zend_refcounted_h;

一個(gè)變量只能加入一次緩沖區(qū),為了防止重復(fù)加入,變量加入后會(huì)把 zend_refcounted_h.gc_info 置為 GC_PURPLE,即標(biāo)為紫色,后續(xù)不會(huì)重復(fù)插入。

垃圾緩沖區(qū)是一個(gè)雙向鏈表,等到緩存區(qū)滿了以后則啟動(dòng)垃圾檢查過程:遍歷緩沖區(qū),對(duì)當(dāng)前變量的所有成員進(jìn)行遍歷,然后把成員的 refcount 減 1 (如果成員還包含子成員則也進(jìn)行遞歸遍歷,即深度優(yōu)先遍歷),最后再檢查當(dāng)前變量的引用,如果減為了 0 則為垃圾。這個(gè)算法的原理核心是:垃圾是由于成員引用自身導(dǎo)致的,那么就對(duì)所有的成員減一遍引用,如果發(fā)現(xiàn)最后變量本身的 refcount 變?yōu)榱?0 則就表明其引用全部來自自身成員,即其他任何地方都不再使用它,那么它就是垃圾,需要被回收掉。反之說明不是垃圾,需要將其從緩沖區(qū)移出去。具體的過程如下:

(1) 從緩沖區(qū)鏈表的 roots 開始遍歷,把當(dāng)前 value 標(biāo)為灰色 (zend_refcounted_h.gc_info 置為 GC_GREY),然后對(duì)當(dāng)前 value 的成員進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷,把成員 value 的 refcount 減 1,并且也標(biāo)為灰色;

(2) 重復(fù)遍歷緩沖區(qū)鏈表,檢查當(dāng)前 value 引用是否為 0,為 0 則表示確實(shí)是垃圾,把它標(biāo)為白色(GC_WHITE),如果不為 0 則排除了引用全部來自自身成員的可能,表示還有外部的引用,并不是垃圾,這時(shí)候因?yàn)椴襟E(1)對(duì)成員進(jìn)行了 refcount 減 1 操作,需要再還原回去,對(duì)所有成員進(jìn)行深度遍歷,把成員 refcount 加 1,同時(shí)標(biāo)為黑色;

(3) 再次遍歷緩沖區(qū)鏈表,將非 GC_WHITE 的節(jié)點(diǎn)從 roots 鏈表中移出(移到待釋放的列表),最終 roots 鏈表中全部為真正的垃圾,最后將這些垃圾清除。

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的PHP7 的垃圾回收機(jī)制,希望對(duì)大家有所幫助,如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言,小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持!
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