php内存管理机制与垃圾回收机制 - 知乎

一、内存管理机制

先看一段代码：

<?php
//内存管理机制
var_dump(memory_get_usage());//获取内存方法，加上true返回实际内存，不加则返回表现内存
$a = "laruence";
var_dump(memory_get_usage());
unset($a);
var_dump(memory_get_usage());
//输出(在我的个人电脑上, 可能会因为系统,PHP版本,载入的扩展不同而不同):
//int 240552
//int 240720
//int 240552

定义变量之后，内存增加，清除变量之后，内存恢复（有些可能不会恢复和以前一样），好像定义变量时申请了一次内存，其实不是这样的，php会预先申请一块内存，不会每次定义变量就申请内存。

首先我们要打破一个思维: PHP不像C语言那样, 只有你显示的调用内存分配相关API才会有内存的分配. 也就是说, 在PHP中, 有很多我们看不到的内存分配过程.
比如对于:
$a = "laruence";
隐式的内存分配点就有:
1.1. 为变量名分配内存, 存入符号表
2.2. 为变量值分配内存
所以, 不能只看表象.
第二, 别怀疑,PHP的unset确实会释放内存, 但这个释放不是C编程意义上的释放, 不是交回给OS.
对于PHP来说, 它自身提供了一套和C语言对内存分配相似的内存管理API:　

emalloc(size_t size);
efree(void *ptr);
ecalloc(size_t nmemb, size_t size);
erealloc(void *ptr, size_t size);
estrdup(const char *s);
estrndup(const char *s, unsigned int length);

这些API和C的API意义对应, 在PHP内部都是通过这些API来管理内存的.
当我们调用emalloc申请内存的时候, PHP并不是简单的向OS要内存, 而是会像OS要一个大块的内存, 然后把其中的一块分配给申请者, 这样当再有逻辑来申请内存的时候, 就不再需要向OS申请内存了, 避免了频繁的系统调用.

比如以下的例子:

var_dump(memory_get_usage(true));//注意获取的是real_size
$a = "laruence";
var_dump(memory_get_usage(true));
unset($a);
var_dump(memory_get_usage(true));
//输出
//int 262144
//int 262144
//int 262144

也就是我们在定义变量$a的时候, PHP并没有向系统申请新内存.同样的, 在我们调用efree释放内存的时候, PHP也不会把内存还给OS, 而会把这块内存, 归入自己维护的空闲内存列表. 而对于小块内存来说, 更可能的是, 把它放到内存缓存列表中去

$a = "hello";
//定义变量时，存储两个方面：
//1.变量名，存储在符号表
//2.变量值存储在内存空间
//3.在删除变量的时候，会将变量值存储的空间释放，而变量名所在的符号表不会减小（只增不减）

只增不减的数组
Hashtable是PHP的核心结构, 数组也是用她来表示的, 而符号表也是一种关联数组, 对于如下代码:

var_dump(memory_get_usage());
for($i=0;$i<100;$i++)
{
    $a = "test".$i;
    $$a = "hello";    
}
var_dump(memory_get_usage());
for($i=0;$i<100;$i++)
{
    $a = "test".$i;
    unset($$a);    
}
var_dump(memory_get_usage());

我们定义了100个变量, 然后又按个Unset了他们, 来看看输出:

//int 242104
//int 259768
//int 242920

怎么少了这么多内存?
这是因为对于Hashtable来说, 定义它的时候, 不可能一次性分配足够多的内存块, 来保存未知个数的元素, 所以PHP会在初始化的时候, 只是分配一小部分内存块给HashTable, 当不够用的时候再RESIZE扩容。而Hashtable, 只能扩容, 不会减少,

对于上面的例子, 当我们存入100个变量的时候, 符号表不够用了, 做了一次扩容, 而当我们依次unset掉这100个变量以后, 变量占用的内存是释放了(118848 – 104448), 但是符号表并没有缩小, 所以这些少的内存是被符号表本身占去了…

二、垃圾回收机制

PHP变量存储在一个zval容器里面的
1.变量类型

2. 变量值

3. is_ref 代表是否有地址引用

4. refcount 指向该值的变量数量

变量赋值的时候：is_ref为false， refcount为1

$a = 1;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;//换行符，提高代码的源代码级可移植性

输出：

a:

(refcount=1, is_ref=0),
int

 1

将变量a的值赋给变量b，变量b不会立刻去在内存中存储值，而是先指向变量a的值，一直到变量a有任何操作的时候

$b = $a;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;

输出：

a:

(refcount=2, is_ref=0),
int

 1

$c = &$a;
xdebug_debug_zval('a');
echo PHP_EOL;

xdebug_debug_zval('b');
echo PHP_EOL;

输出：

a:

(refcount=2, is_ref=1),
int

 1
b:

(refcount=1, is_ref=0),
int

 1

因为程序又操作了变量a，所以变量b会自己申请一块内存将值放进去。
所以变量a的zval容器中refcount会减1变为1，变量c指向a，所以refcount会加1变为2，is_ref变为true

垃圾回收
1.在5.2版本或之前版本，PHP会根据refcount值来判断是不是垃圾
如果refcount值为0，PHP会当做垃圾释放掉
这种回收机制有缺陷，对于环状引用的变量无法回收

环状引用：

$attr = array("hello");
$attr[]= &$attr;

xdebug_debug_zval('attr');
echo PHP_EOL;

输出：

attr:

(refcount=2, is_ref=1),
array (size=2)
  0 => (refcount=1, is_ref=0),
string

 'hello' (length=5)
  1 => (refcount=2, is_ref=1),
    &array

2.在5.3之后版本改进了垃圾回收机制
如果发现一个zval容器中的refcount在增加，说明不是垃圾
如果发现一个zval容器中的refcount在减少，如果减到了0，直接当做垃圾回收
如果发现一个zval容器中的refcount在减少，并没有减到0，PHP会把该值放到缓冲区，当做有可能是垃圾的怀疑对象

当缓冲区达到临界值，PHP会自动调用一个方法取遍历每一个值，如果发现是垃圾就清理!

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