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php垃圾是如何产生的,PHP 是如何做垃圾回收的

PHP 是如何做垃圾回收的 包含 php 5 与 php7 的变量实现和垃圾回收的对比 变量的实现 PHP 的变量是弱类型的,这意味着一个变量可以轻松地在整数、浮点数、字符串等类型之间切换。那么,这种灵活性在底层是如何实现的呢?答案就在一个叫做 zval 的结构体里。可以说,zval 是 PHP 变

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    PHP 是如何做垃圾回收的

    包含 php 5 与 php7 的变量实现和垃圾回收的对比

    变量的实现

    PHP 的变量是弱类型的,这意味着一个变量可以轻松地在整数、浮点数、字符串等类型之间切换。那么,这种灵活性在底层是如何实现的呢?答案就在一个叫做 zval 的结构体里。可以说,zval 是 PHP 变量系统的基石。

    PHP 5.* zval 和 zend_value 结构

    先来看看 PHP 5 时代的经典设计。那时的 zval 结构体包含了几个关键成员:

    struct _zval_struct { // 结构体
        zvalue_value value;
        zend_uint refcount__gc;
        zend_uchar type;
        zend_uchar is_ref__gc;
    }

    其中,value 字段存储了变量的实际值,它本身是一个联合体(union),名为 zvalue_value:

    typedef union _zvalue_value { // 联合体
        long lval;
        double dval;
        struct {
            char *val;
            int len;
        } str; // 字符串
        HashTable *ht; // 数组
        zend_object_value obj; // 对象
        zend_ast *ast;
    } zvalue_value;

    这种设计很直观:type 标记变量类型,value 联合体根据类型存储对应的数据,而 refcount__gc 和 is_ref__gc 则用于管理内存引用和写时复制(Copy-On-Write)。

    PHP 7.0 zval 和 zend_value 结构

    到了 PHP 7,事情发生了显著变化。为了追求极致的性能,zval 结构被彻底重构,变得更加紧凑和高效:

    struct _zval_struct {
        union {
            zend_long         lval;             /* long value */
            double            dval;             /* double value */
            zend_refcounted  *counted;
            zend_string      *str;
            zend_array       *arr;
            zend_object      *obj;
            zend_resource    *res;
            zend_reference   *ref;
            zend_ast_ref     *ast;
            zval             *zv;
            void             *ptr;
            zend_class_entry *ce;
            zend_function    *func;
            struct {
                uint32_t w1;
                uint32_t w2;
            } ww;
        } value;
        union {
            struct {
                ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                    zend_uchar    type,         /* active type */
                    zend_uchar    type_flags,
                    zend_uchar    const_flags,
                    zend_uchar    reserved)     /* call info for EX(This) */
            } v;
            uint32_t type_info;
        } u1;
        union {
            uint32_t     var_flags;
            uint32_t     next;                 /* hash collision chain */
            uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
            uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
            uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
            uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
            uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
        } u2;
    };

    最核心的改动在于,PHP 7 将引用计数(refcount)从 zval 结构本身移到了具体的值(如字符串、数组)内部。并且,zval 本身不再直接处理写时复制,而是引入了一个专门的 zend_reference 结构来表示引用。这带来了内存占用的大幅减少和操作速度的提升。

    PHP5 与 PHP7 引用计数的对比

    理解这个差异,最好的方式就是看图说话。在 PHP 5 中,变量赋值和引用操作容易导致复杂的引用关系。如下图所示,在倒数第二步,会形成一个典型的循环引用。当后续执行 unset 操作试图释放变量时,这部分内存因为引用计数无法归零而变成了“垃圾”。

    f801eacc4627da4e09b66fbcebfbd6c8.png

    反观 PHP 7,情况就清晰多了。引用计数被下放到了具体的 value 对象中,zval 自身变得非常“轻量”,不再负责写时复制(准确说是“写时分离”)。并且,如之前提到的,它用独立的 zend_reference 结构体来明确管理引用关系,从设计上就减少了循环引用产生的复杂度。

    37509475d984f867b917d99d5d66a13b.png

    掌握了 PHP 变量存储的这些底层知识,我们再来探讨垃圾回收机制,就会有一种水到渠成的感觉。

    什么是垃圾

    首先,得给“垃圾”下一个明确的定义。在引用计数体系里,并不是所有引用计数为0的东西都叫垃圾,反之亦然。这里的逻辑有点绕,但很关键:

    • 引用计数增加的不是垃圾:这表示变量正在被使用。
    • 引用计数等于0的也不是垃圾:这部分内存会直接被系统回收,根本等不到垃圾回收器出手。
    • 引用计数减少,并且结果不等于0的,才是真正的垃圾:这通常意味着产生了循环引用,对象已经无法被程序访问,但彼此之间却还互相指着,导致引用计数无法清零。

    垃圾收集

    那么,PHP 7 的垃圾回收器(GC)具体如何工作呢?它会筛选出符合条件的变量:

    1. 数据类型必须是数组或对象。
    2. 其类型标志(type_flag)必须是 IS_TYPE_COLLECTABLE。
    3. 它之前没有在垃圾回收缓冲区中存在过。
    4. 它当前没有被标记过。

    一旦满足条件,这个变量就会被标记为紫色,并放入一个待处理的缓冲区中,等待后续的回收流程。

    回收算法

    这里主要说的是 PHP 5.3 及之后版本引入的“同步周期回收”算法。其过程可以概括为以下几个步骤:

    1. 将疑似垃圾的“根节点”放入一个根池(root buffer)。
    2. 当根池积累满约10000个节点时,触发一次垃圾回收周期。
    3. 首先,遍历这些节点,将它们的引用计数减1(模拟删除所有对它们的引用)。
    4. 接着,再次遍历,将那些引用计数变为0的节点真正删除,并放入释放队列。
    5. 最后,为那些引用计数不为0的节点(说明它们仍然被有效引用)将引用计数加1,恢复原状。

    这个过程可以通过下图来直观理解:

    c23c2ff88110c301e99b830581f8be0f.png

    简单来说,垃圾回收器通过模拟“断开所有引用”的场景,巧妙地识别出了那些仅存在于循环引用中的孤立对象,从而安全地将其清理掉。这才是 PHP 能够自动管理内存、避免内存泄漏的核心所在。

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