php記憶體管理機制與垃圾回收機制

一、記憶體管理機制

先看一段代碼：

 1 <?php
 2 //記憶體管理機制
 3 var_dump(memory_get_usage());//獲取記憶體方法，加上true返回實際記憶體，不加則返回表現記憶體
 4 $a = "laruence";
 5 var_dump(memory_get_usage());
 6 unset($a);
 7 var_dump(memory_get_usage());
 8 //輸出(在我的個人電腦上, 可能會因為系統,PHP版本,載入的擴展不同而不同):
 9 //int 240552
10 //int 240720
11 //int 240552

定義變數之後，記憶體增加，清除變數之後，記憶體恢復（有些可能不會恢復和以前一樣），好像定義變數時申請了一次記憶體，其實不是這樣的，php會預先申請一塊記憶體，不會每次定義變數就申請記憶體。

首先我們要打破一個思維: PHP不像C語言那樣, 只有你顯示的調用記憶體分配相關API才會有記憶體的分配. 也就是說, 在PHP中, 有很多我們看不到的記憶體分配過程.
比如對於:
$a = "laruence";
隱式的記憶體分配點就有:
1.1. 為變數名分配記憶體, 存入符號表
2.2. 為變數值分配記憶體
所以, 不能只看表象.
第二, 別懷疑,PHP的unset確實會釋放記憶體, 但這個釋放不是C編程意義上的釋放, 不是交回給OS.
對於PHP來說, 它自身提供了一套和C語言對記憶體分配相似的記憶體管理API:　

1 emalloc(size_t size);
2 efree(void *ptr);
3 ecalloc(size_t nmemb, size_t size);
4 erealloc(void *ptr, size_t size);
5 estrdup(const char *s);
6 estrndup(const char *s, unsigned int length);

這些API和C的API意義對應, 在PHP內部都是通過這些API來管理記憶體的.
當我們調用emalloc申請記憶體的時候, PHP並不是簡單的向OS要記憶體, 而是會像OS要一個大塊的記憶體, 然後把其中的一塊分配給申請者, 這樣當再有邏輯來申請記憶體的時候, 就不再需要向OS申請記憶體了, 避免了頻繁的系統調用.

比如以下的例子:

1 var_dump(memory_get_usage(true));//註意獲取的是real_size
2 $a = "laruence";
3 var_dump(memory_get_usage(true));
4 unset($a);
5 var_dump(memory_get_usage(true));
6 //輸出
7 //int 262144
8 //int 262144
9 //int 262144

也就是我們在定義變數$a的時候, PHP並沒有向系統申請新記憶體.同樣的, 在我們調用efree釋放記憶體的時候, PHP也不會把記憶體還給OS, 而會把這塊記憶體, 歸入自己維護的空閑記憶體列表. 而對於小塊記憶體來說, 更可能的是, 把它放到記憶體緩存列表中去

$a = "hello";
//定義變數時，存儲兩個方面：
//1.變數名，存儲在符號表
//2.變數值存儲在記憶體空間
//3.在刪除變數的時候，會將變數值存儲的空間釋放，而變數名所在的符號表不會減小（只增不減）

只增不減的數組
Hashtable是PHP的核心結構, 數組也是用她來表示的, 而符號表也是一種關聯數組, 對於如下代碼:

 1 var_dump(memory_get_usage());
 2 for($i=0;$i<100;$i++)
 3 {
 4     $a = "test".$i;
 5     $$a = "hello";    
 6 }
 7 var_dump(memory_get_usage());
 8 for($i=0;$i<100;$i++)
 9 {
10     $a = "test".$i;
11     unset($$a);    
12 }
13 var_dump(memory_get_usage());

我們定義了100個變數, 然後又按個Unset了他們, 來看看輸出:

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

怎麼少了這麼多記憶體?
這是因為對於Hashtable來說, 定義它的時候, 不可能一次性分配足夠多的記憶體塊, 來保存未知個數的元素, 所以PHP會在初始化的時候, 只是分配一小部分記憶體塊給HashTable, 當不夠用的時候再RESIZE擴容。而Hashtable, 只能擴容, 不會減少,

對於上面的例子, 當我們存入100個變數的時候, 符號表不夠用了, 做了一次擴容, 而當我們依次unset掉這100個變數以後, 變數占用的記憶體是釋放了(118848 – 104448), 但是符號表並沒有縮小, 所以這些少的記憶體是被符號表本身占去了…

二、垃圾回收機制

PHP變數存儲在一個zval容器裡面的
1.變數類型

2. 變數值

3. is_ref 代表是否有地址引用

4. refcount 指向該值的變數數量

變數賦值的時候：is_ref為false， refcount為1

1 $a = 1;
2 xdebug_debug_zval('a');
3 echo PHP_EOL;//換行符，提高代碼的源代碼級可移植性

輸出：

a:

1 (refcount=1, is_ref=0),
2 int 1

將變數a的值賦給變數b，變數b不會立刻去在記憶體中存儲值，而是先指向變數a的值，一直到變數a有任何操作的時候

1 $b = $a;
2 xdebug_debug_zval('a');
3 echo PHP_EOL;

輸出：

 1 a:
 2 
 3 (refcount=2, is_ref=0),
 4 int
 5 
 6  1
 7 
 8 $c = &$a;
 9 xdebug_debug_zval('a');
10 echo PHP_EOL;
11 
12 xdebug_debug_zval('b');
13 echo PHP_EOL;

輸出：

 1 a:
 2 
 3 (refcount=2, is_ref=1),
 4 int
 5 
 6  1
 7 b:
 8 
 9 (refcount=1, is_ref=0),
10 int
11 
12  1

因為程式又操作了變數a，所以變數b會自己申請一塊記憶體將值放進去。
所以變數a的zval容器中refcount會減1變為1，變數c指向a，所以refcount會加1變為2，is_ref變為true

垃圾回收
1.在5.2版本或之前版本，PHP會根據refcount值來判斷是不是垃圾
如果refcount值為0，PHP會當做垃圾釋放掉
這種回收機制有缺陷，對於環狀引用的變數無法回收

環狀引用：

1 $attr = array("hello");
2 $attr[]= &$attr;
3 
4 xdebug_debug_zval('attr');
5 echo PHP_EOL;

輸出：

 1 attr:
 2 
 3 (refcount=2, is_ref=1),
 4 array (size=2)
 5   0 => (refcount=1, is_ref=0),
 6 string
 7 
 8  'hello' (length=5)
 9   1 => (refcount=2, is_ref=1),
10     &array

2.在5.3之後版本改進了垃圾回收機制
如果發現一個zval容器中的refcount在增加，說明不是垃圾
如果發現一個zval容器中的refcount在減少，如果減到了0，直接當做垃圾回收
如果發現一個zval容器中的refcount在減少，並沒有減到0，PHP會把該值放到緩衝區，當做有可能是垃圾的懷疑對象
當緩衝區達到臨界值，PHP會自動調用一個方法取遍歷每一個值，如果發現是垃圾就清理