Penjelasan mendalam tentang pengumpulan sampah PHP dan kandungan berkaitan pengurusan memori

Artikel ini akan menerangkan kandungan berkaitan pengumpulan sampah dan pengurusan memori dalam proses pembangunan PHP.

Pengiraan Rujukan

Dalam PHP 5.2 dan versi sebelumnya, pengumpulan sampah PHP menggunakan algoritma Pengiraan Rujukan.

Pengetahuan asas pengiraan rujukan

Pengetahuan asas pengiraan rujukan

Pembolehubah PHP disimpan dalam bekas pembolehubah "zval" (struktur data), "zval "Atribut mengandungi maklumat berikut:

• Jenis data pembolehubah semasa
• Nilai pembolehubah semasa
• is_ref Boolean type; untuk mengenal pasti sama ada pembolehubah diluluskan oleh Pengecam rujukan;
• menunjuk kepada pengecam pengiraan semula bilangan pembolehubah dalam bekas pembolehubah "zval" (iaitu, bilangan kali zval ini telah dirujuk. Ambil perhatian bahawa rujukan di sini tidak merujuk kepada pass-by-value, jadi perhatikan perbezaannya).

Apabila pembolehubah diberikan nilai, bekas pembolehubah "zavl" yang sepadan akan dijana. [Pembelajaran yang disyorkan: Tutorial video PHP]

Lihat maklumat bekas zval pembolehubah

Untuk melihat maklumat bekas "zval" pembolehubah (iaitu, lihat is_ref dan pengiraan semula pembolehubah), Anda boleh menggunakan fungsi xdebug_debug_zval() alat penyahpepijatan XDebug.

Untuk cara memasang pemalam sambungan XDebug, anda boleh melihat tutorial ini (https://github.com/huliuqing/phpnotes/issues/58 untuk cara menggunakan XDebug, sila baca rasmi dokumen (https://xdebug.org /docs/).

Anggapkan bahawa kami telah berjaya memasang alat XDebug dan kini boleh menyahpepijat pembolehubah.

• Lihat maklumat zval pembolehubah biasa

Jika pernyataan PHP kami hanyalah penugasan mudah pembolehubah, nilai pengecam is_ref ialah 0 dan nilai pengiraan semula ialah 1; jika Apabila pembolehubah ini ditetapkan sebagai nilai kepada pembolehubah lain, kiraan pengiraan semula bekas pembolehubah zval dinaikkan sama, apabila pembolehubah dimusnahkan (tidak ditetapkan), "kiraan semula" dikurangkan dengan 1 dengan sewajarnya.

Sila lihat contoh berikut:

<?php // 变量赋值时，refcount 值等于 1
$name = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// $name 作为值赋值给另一个变量， refcount 值增加 1
$copy = $name;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=2, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// 销毁变量，refcount 值减掉 1
unset($copy);
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

• Salin pada Tulis

Salin Pada Tulis (COW), secara ringkas digambarkan sebagai : Jika nilai diperuntukkan kepada pembolehubah mengikut tugasan, memori baharu tidak akan diperuntukkan untuk menyimpan nilai yang disimpan oleh pembolehubah baharu, tetapi memori hanya akan dikongsi melalui pembilang Hanya apabila nilai salah satu rujukan yang menunjuk kepada pembolehubah itu berubah. akan Memohon ruang baharu untuk menyimpan kandungan nilai bagi mengurangkan penggunaan memori. - TPIP copy-on-write

Melalui maklumat zval sebelumnya bagi pembolehubah mudah, kita tahu bahawa $copy dan $name berkongsi bekas pembolehubah zval ( memori), dan kemudian lulus kiraan semula menunjukkan bilangan pembolehubah zval ini sedang digunakan oleh.

Lihat contoh:

<?php $name = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

$copy = $name;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=2, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

// 将新的值赋值给变量 $copy
$copy = &#39;liugongzi handsome&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;name&#39;); // name: (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)
xdebug_debug_zval(&#39;copy&#39;); // copy: (refcount=1, is_ref=0)=&#39;liugongzi handsome&#39;

Perhatikan bahawa apabila nilai liugongzi handsome diberikan kepada pembolehubah $copy, nilai pengiraan semula ​​​​dari nama dan salinan kedua-duanya berubah menjadi 1, dan operasi berikut berlaku semasa proses ini:

• Pisahkan $salinan daripada zval (hamba dalam) $nama (iaitu salinan
).
• Tolak 1 daripada kiraan semula $nama;
• Ubah suai zval $salinan (tetapkan semula dan ubah suai kiraan semula);

Ini hanyalah salinan mudah -tulis ” diperkenalkan, dan rakan-rakan yang berminat boleh membaca bahan rujukan yang diberikan pada akhir artikel untuk kajian yang lebih mendalam.

• Lihat maklumat zval bagi pembolehubah yang diluluskan oleh rujukan

Peraturan "pengiraan rujukan" rujukan yang melalui nilai (&) adalah sama seperti tugasan biasa penyataan, kecuali is_ref Nilai pengecam ialah 1 menunjukkan bahawa pembolehubah ialah jenis nilai pas-demi-rujukan.

Sekarang mari kita lihat contoh rujukan lulus:

<?php $age = &#39;liugongzi&#39;;
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=1, is_ref=0)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

$copy = &$age;
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=2, is_ref=1)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

unset($copy);
xdebug_debug_zval(&#39;age&#39;); // (refcount=1, is_ref=1)string &#39;liugongzi&#39; (length=9)

• Pengiraan rujukan jenis komposit

Dengan jenis skalar (integer, Berbeza daripada jenis titik terapung, jenis Boolean, dsb.), peraturan pengiraan rujukan untuk jenis seperti tatasusunan dan objek adalah lebih rumit sedikit.

Untuk penjelasan yang lebih baik, mari kita lihat contoh pengiraan rujukan tatasusunan:

$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );

// a:
// (refcount=1, is_ref=0)
// array (size=2)
//  'meaning' => (refcount=1, is_ref=0)string 'life' (length=4)
//  'number' => (refcount=1, is_ref=0)int 42

Rajah pengiraan rujukan di atas adalah seperti berikut:

Daripada rajah kami dapati bahawa peraturan pengiraan rujukan jenis komposit pada asasnya adalah sama dengan peraturan pengiraan skalar Untuk contoh yang diberikan, PHP akan mencipta 3 bekas pembolehubah zval, satu untuk menyimpan tatasusunan itu sendiri. dan dua yang lain Digunakan untuk menyimpan elemen dalam tatasusunan.

Apabila menambah elemen sedia ada pada tatasusunan, kiraan semula kaunter rujukannya akan dinaikkan sebanyak 1.

$a = array( 'meaning' => 'life', 'number' => 42 );
xdebug_debug_zval( 'a' );
$a['life'] = $a['meaning'];
xdebug_debug_zval( 'a' );

// a:
// (refcount=1, is_ref=0)
// array (size=3)
//  'meaning' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4)
//  'number' => (refcount=0, is_ref=0)int 42
//  'life' => (refcount=2, is_ref=0)string 'life' (length=4)

Rajah kasar adalah seperti berikut:

• 内存泄露

虽然，复合类型的引用计数规则同标量类型大致相同，但是如果引用的值为变量自身（即循环应用），在处理不当时，就有可能会造成内存泄露的问题。

让我们来看看下面这个对数组进行引用传值的示例：

<?php // @link http://php.net/manual/zh/function.memory-get-usage.php#96280
function convert($size)
{
    $unit=array(&#39;b&#39;,&#39;kb&#39;,&#39;mb&#39;,&#39;gb&#39;,&#39;tb&#39;,&#39;pb&#39;);
    return @round($size/pow(1024,($i=floor(log($size,1024)))),2).&#39; &#39;.$unit[$i];
}

// 注意：有用的地方从这里开始
$memory = memory_get_usage();

$a = array( &#39;one&#39; );

// 引用自身（循环引用）
$a[] =&$a;

xdebug_debug_zval( &#39;a&#39; );

var_dump(convert(memory_get_usage() - $memory)); // 296 b

unset($a); // 删除变量 $a，由于 $a 中的元素引用了自身（循环引用）最终导致 $a 所使用的内存无法被回收

var_dump(convert(memory_get_usage() - $memory)); // 568 b

从内存占用结果上看，虽然我们执行了 unset($a) 方法来销毁 $a 数组，但内存并没有被回收，整个处理过程的示意图如下：

可以看到对于这块内存，再也没有符合表（变量）指向了，所以 PHP 无法完成内存回收，官方给出的解释如下：

尽管不再有某个作用域中的任何符号指向这个结构 (就是变量容器)，由于数组元素 “1” 仍然指向数组本身，所以这个容器不能被清除 。因为没有另外的符号指向它，用户没有办法清除这个结构，结果就会导致内存泄漏。庆幸的是，php 将在脚本执行结束时清除这个数据结构，但是在 php 清除之前，将耗费不少内存。如果你要实现分析算法，或者要做其他像一个子元素指向它的父元素这样的事情，这种情况就会经常发生。当然，同样的情况也会发生在对象上，实际上对象更有可能出现这种情况，因为对象总是隐式的被引用。 - 摘自 官方文档 Cleanup Problems

简单来说就是「引用计数」算法无法检测并释放循环引用所使用的内存，最终导致内存泄露。

引用计数系统的同步周期回收

由于引用计数算法存在无法回收循环应用导致的内存泄露问题，在 PHP 5.3 之后对内存回收的实现做了优化，通过采用 引用计数系统的同步周期回收 算法实现内存管理。引用计数系统的同步周期回收算法是一个改良版本的引用计数算法，它在引用基础上做出了如下几个方面的增强：

• 引入了可能根（possible root）的概念：通过引用计数相关学习，我们知道如果一个变量（zval）被引用，要么是被全局符号表中的符号引用（即变量），要么被复杂类型（如数组）的 zval 中的符号（数组的元素）引用，那么这个 zval 变量容器就是「可能根」。
• 引入根缓冲区（root buffer）的概念：根缓冲区用于存放所有「可能根」，它是固定大小的，默认可存 10000 个可能根，如需修改可以通过修改 PHP 源码文件 Zend/zend_gc.c 中的常量 GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES，再重新编译。
• 回收周期：当缓冲区满时，对缓冲区中的所有可能根进行垃圾回收处理。

下图（来自 PHP 手册）,展示了新的回收算法执行过程：

引用计数系统的同步周期回收过程

1. 缓冲区（紫色框部分，称为疑似垃圾），存储所有可能根（步骤 A）；
2. 采用深度优先算法遍历「根缓冲区」中所有的「可能根（即 zval 遍历容器）」，并对每个 zval 的 refcount 减 1，为了避免遍历时对同一个 zval 多次减 1（因为不同的根可能遍历到同一个 zval）将这个 zvel 标记为「已减」（步骤 B）；
3. 再次采用深度优先遍历算法遍历「可能根 zval」。当 zval 的 refcount 值不为 0 时，对其加 1,否则保持为 0。并请已遍历的 zval 变量容器标记为「已恢复」（即步骤 B 的逆运算）。那些 zval 的 refcount 值为 0 （蓝色框标记）的就是应该被回收的变量（步骤 C）；
4. 删除所有 refcount 为 0 的可能根（步骤 D）。

整个过程为：

采用深度优先算法执行：默认删除 > 模拟恢复 > 执行删除 达到内存回收的目的。

优化后的引用计数算法优势

• 将内存泄露控制在阀值内，这个由缓存区实现，达到缓冲区大小执行新一轮垃圾回收；
• 提升了垃圾回收性能，不是每次 refcount 减 1 都执行回收处理，而是等到根缓冲区满时才开始执行垃圾回收。

你可以从 PHP 手册 的回收周期 了解更多，也可以阅读文末给出的参考资料。

PHP 7 的内存管理

PHP 5 中 zval 实现上的主要问题：

• zval sentiasa memperuntukkan memori secara berasingan daripada timbunan;
• zval sentiasa menyimpan maklumat pengiraan dan kitar semula , walaupun untuk integer (bool/null) Data jenis ini mungkin tidak memerlukan maklumat sedemikian;
• Apabila menggunakan objek atau sumber, rujukan langsung akan menghasilkan pengiraan dua kali
• Sesetengah akses tidak langsung memerlukan cara yang lebih baik untuk mengendalikannya. Contohnya, mengakses objek yang disimpan dalam pembolehubah kini secara tidak langsung menggunakan empat penuding (panjang rantai penunjuk ialah empat
• pengiraan langsung bermakna nilai hanya boleh dikongsi antara zval. Ini tidak berfungsi jika anda ingin berkongsi rentetan antara zval dan kunci hashtable (melainkan kunci hashtable juga zval).

Pelarasan pelaksanaan struktur data zval dalam PHP 7:

Perubahan paling asas ialah memori yang diperlukan oleh zval tidak lagi diperuntukkan secara berasingan daripada timbunan . Kiraan rujukan tidak lagi disimpan oleh zval.
Kiraan rujukan jenis data kompleks (seperti rentetan, tatasusunan dan objek) disimpan dengan sendirinya. - Dipetik daripada perwakilan nilai Dalaman dalam PHP 7 - Bahagian 1【Terjemahan】

Kebaikan pelaksanaan ini:

• Jenis data ringkas tidak perlu memperuntukkan memori secara berasingan, dan juga tidak memerlukan untuk dikira;
• Tiada lagi pengiraan berganda. Dalam objek, hanya kiraan yang disimpan dalam objek itu sendiri adalah sah; data, seperti zval dan kunci hashtable
• Bilangan penunjuk yang diperlukan untuk akses tidak langsung dikurangkan.