php垃圾回收之回收策略和算法

wuaji

一、垃圾回收实现方式
     在以前的php中用到的是引用计数机制处理垃圾回收问题，但是这个机制存在一个弊端，就是无法处理循环引用引起的内存泄露。然而在php5.3.0以后的版本中（包含5.3.0）使用了专门GC机制（同步算法）清理垃圾，来处理这个内存泄露问题。下面就是介绍它是如何实现的：
    首先要了解几个基本的准则：
1：如果一个zval的refcount增加，那么此zval还在使用，不属于垃圾。
2：如果一个zval的refcount减少到0， 那么zval可以被释放掉，属于垃圾。
3：如果一个zval的refcount减少之后大于0，那么此zval还不能被释放，此zval可能成为一个垃圾。
     只有在准则3下，GC才会把zval收集起来，然后通过新的算法来判断此zval是否为垃圾。那么如何判断这么一个变量是否为真正的垃圾呢？简单的说，就是对此zval中的每个元素进行一次refcount减1操作，操作完成之后，如果zval的refcount=0，那么这个zval就是一个垃圾。这个原理咋看起来很简单，但是又不是那么容易理解，下面通过结构图来深入理解：

     A：为了避免每次变量的refcount减少的时候都调用GC的算法进行垃圾判断，此算法会先把所有前面准则3情况下的zval节点放入一个节点(root)缓冲区(root buffer)，并且将这些zval节点标记成紫色，同时算法必须确保每一个zval节点在缓冲区中之出现一次。当缓冲区被节点塞满的时候，GC才开始开始对缓冲区中的zval节点进行垃圾判断。
     B：当缓冲区满了之后，算法以深度优先对每一个节点所包含的zval进行减1操作，为了确保不会对同一个zval的refcount重复执行减1操作，一旦zval的refcount减1之后会将zval标记成灰色。需要强调的是，这个步骤中，起初节点zval本身不做减1操作，但是如果节点zval中包含的zval又指向了节点zval（环形引用），那么这个时候需要对节点zval进行减1操作。
     C：算法再次以深度优先判断每一个节点包含的zval的值，如果zval的refcount等于0，那么将其标记成白色(代表垃圾)，如果zval的refcount大于0，那么将对此zval以及其包含的zval进行refcount加1操作，这个是对非垃圾的还原操作，同时将这些zval的颜色变成黑色（zval的默认颜色属性）
     D：遍历zval节点，将C中标记成白色的节点zval释放掉。
二、举例详解垃圾回收过程
     通过上面的说明，大家可能已经有了一定的印象，那实际应用中是如何具体操作的呢？下面就通过例子说明：
    ①在刚刚声明变量并赋值的情况下，其实就相当于准则1（如果一个zval的refcount增加，那么此zval还在使用，不属于垃圾），变量不是垃圾，也不会进行gc检查。

$a = "one";
$b = array();
$b[] = $a;
$b[] = & $b;
$c = "two";
//声明了三个变量$a、$b、$c。这个时候refcount都是增加的情况，变量不是垃圾也不会放入到root缓冲器等待垃圾检查。
xdebug_debug_zval( 'a' );  
xdebug_debug_zval( 'b' );  
xdebug_debug_zval( 'c' );  
//输出分别如下：
a: (refcount=2, is_ref=0)='one'
b: (refcount=2, is_ref=1)=array (  
0 => (refcount=2, is_ref=0)='one',  
1 => (refcount=2, is_ref=1)=...
)  
c: (refcount=1, is_ref=0)='two'
　　②在上面的基础上，我们调用了unset()函数释放变量b和c。如下：

unset($b);
unset($c);
xdebug_debug_zval( 'a' );
//输出如下：
a: (refcount=2, is_ref=0)='one'
　　 调用unset函数后，$b和$c对应容器中的refcount都会减1，但是他们的效果却不相同：先看$c调用unset($c)后，$c的refcount就编程了0，符合准则2，则$c对应的zval容器就是垃圾会被回收；再看$b调用unset($b)后，但是$b的第1个引用仍然指向$b所对应的zval容器，只不过$b对应的zval容器的refcount会减1，值会从2变成1。这时候容器的refcount虽然减1，但仍然不为零，则符合准则3，会把$b对应的zval，放入到root缓冲区中。等待gc垃圾校验操作，也就是进入到了（二）中的（A）情况。
　　     ③在往后的操作就是（二）中描述的了。经历(二)中的ABCD过程后，变量$b对应的zval容器会被释放，完成了垃圾回收，也解决了循环引用的内存泄露问题。
　　三、垃圾回收器配置使用
　　在PHP中，GC默认是开启的，你可以通过ini文件中的 zend.enable_gc 项来开启或则关闭GC。当GC开启的时候，垃圾分析算法将在节点缓冲区(roots buffer)满了之后启动。缓冲区默认可以放10,000个值，当然你也可以通过修改Zend/zend_gc.c中的GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES 来改变这个数值，需要重新编译链接PHP。当GC关闭的时候，垃圾分析算法就不会运行，但是相关节点还会被放入节点缓冲区，这个时候如果缓冲区节点已经放满，那么新的节点就不会被记录下来，这些没有被记录下来的节点就永远也不会被垃圾分析算法分析。如果这些节点中有循环引用，那么有可能产生内存泄漏。之所以在GC关闭的时候还要记录这些节点，是因为简单的记录这些节点比在每次产生节点的时候判断GC是否开启更快，另外GC是可以在脚本运行中开启的，所以记录下这些节点，在代码运行的某个时候如果又开启了GC，这些节点就能被分析算法分析。当然垃圾分析算法是一个比较耗时的操作。
　　在PHP代码中我们可以通过gc_enable()和gc_disable()函数来开启和关闭GC，也可以通过调用gc_collect_cycles()在节点缓冲区未满的情况下强制执行垃圾分析算法。这样用户就可以在程序的某些部分关闭或则开启GC，也可强制进行垃圾分析算法。