垃圾回收機(jī)制是一種動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配方案。它會(huì)自動(dòng)釋放程序不再需要的已分配的內(nèi)存塊。 自動(dòng)回收內(nèi)存的過程叫垃圾收集。垃圾回收機(jī)制可以讓程序員不必過分關(guān)心程序內(nèi)存分配，從而將更多的精力投入到業(yè)務(wù)邏輯。 在現(xiàn)在的流行各種語言當(dāng)中，垃圾回收機(jī)制是新一代語言所共有的特征，如Python、PHP、Eiffel、C#、Ruby等都使用了垃圾回收機(jī)制。 雖然垃圾回收是現(xiàn)在比較流行的做法，但是它的年紀(jì)已經(jīng)不小了。早在20世紀(jì)60年代MIT開發(fā)的Lisp系統(tǒng)中就已經(jīng)有了它的身影， 但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件不成熟，從而使得垃圾回收機(jī)制成了一個(gè)看起來很美的技術(shù)，直到20世紀(jì)90年代Java的出現(xiàn)，垃圾回收機(jī)制才被廣泛應(yīng)用。

PHP也在語言層實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存的動(dòng)態(tài)管理，這在前面的章節(jié)中已經(jīng)有了詳細(xì)的說明， 內(nèi)存的動(dòng)態(tài)管理將開發(fā)人員從繁瑣的內(nèi)存管理中解救出來。與此配套，PHP也提供了語言層的垃圾回收機(jī)制， 讓程序員不必過分關(guān)心程序內(nèi)存分配。

在PHP5.3版本之前，PHP只有簡(jiǎn)單的基于引用計(jì)數(shù)的垃圾回收，當(dāng)一個(gè)變量的引用計(jì)數(shù)變?yōu)?時(shí)， PHP將在內(nèi)存中銷毀這個(gè)變量，只是這里的垃圾并不能稱之為垃圾。 并且PHP在一個(gè)生命周期結(jié)束后就會(huì)釋放此進(jìn)程/線程所點(diǎn)的內(nèi)容，這種方式?jīng)Q定了PHP在前期不需要過多考慮內(nèi)存的泄露問題。 但是隨著PHP的發(fā)展，PHP開發(fā)者的增加以及其所承載的業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)大，在PHP5.3中引入了更加完善的垃圾回收機(jī)制。 新的垃圾回收機(jī)制解決了無法處理循環(huán)的引用內(nèi)存泄漏問題。PHP5.3中的垃圾回收機(jī)制使用了文章引用計(jì)數(shù)系統(tǒng)中的同步周期回收(Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems) 中的同步算法。關(guān)于這個(gè)算法的介紹我們就不再贅述，在PHP的官方文檔有圖文并茂的介紹：回收周期(Collecting Cycles)。
如前面所說，在PHP中，主要的內(nèi)存管理手段是引用計(jì)數(shù)，引入垃圾收集機(jī)制的目的是為了打破引用計(jì)數(shù)中的循環(huán)引用，從而防止因?yàn)檫@個(gè)而產(chǎn)生的內(nèi)存泄露。 垃圾收集機(jī)制基于PHP的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理而存在。PHP5.3為引入垃圾收集機(jī)制，在變量存儲(chǔ)的基本結(jié)構(gòu)上有一些變動(dòng)，如下所示：

與PHP5.3之前的版本相比，引用計(jì)數(shù)字段refcount和是否引用字段is_ref都在其后面添加了__gc以用于新的的垃圾回收機(jī)制。 在PHP的源碼風(fēng)格中，大量的宏是一個(gè)非常鮮明的特點(diǎn)。這些宏相當(dāng)于一個(gè)接口層，它屏蔽了接口層以下的一些底層實(shí)現(xiàn)，如， ALLOC_ZVAL宏，這個(gè)宏在PHP5.3之前是直接調(diào)用PHP的內(nèi)存管理分配函數(shù)emalloc分配內(nèi)存，所分配的內(nèi)存大小由變量的類型等大小決定。 在引入垃圾回收機(jī)制后，ALLOC_ZVAL宏直接采用新的垃圾回收單元結(jié)構(gòu)，所分配的大小都是一樣的，全部是zval_gc_info結(jié)構(gòu)體所占內(nèi)存大小， 并且在分配內(nèi)存后，初始化這個(gè)結(jié)構(gòu)體的垃圾回收機(jī)制。如下代碼：

zend_gc.h文件在zend.h的749行被引用：#include “zend_gc.h” 從而替換覆蓋了在237行引用的zend_alloc.h文件中的ALLOC_ZVAL等宏 在新的的宏中，關(guān)鍵性的改變是對(duì)所分配內(nèi)存大小和分配內(nèi)容的改變，在以前純粹的內(nèi)存分配中添加了垃圾收集機(jī)制的內(nèi)容， 所有的內(nèi)容都包括在zval_gc_info結(jié)構(gòu)體中：

對(duì)于任何一個(gè)ZVAL容器存儲(chǔ)的變量，分配了一個(gè)zval結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)確保其和以zval變量分配的內(nèi)存的開始對(duì)齊， 從而在zval_gc_info類型指針的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換時(shí)，其可以作為zval使用。在zval字段后面有一個(gè)聯(lián)合體:u。 u包括gc_root_buffer結(jié)構(gòu)的buffered字段和zval_gc_info結(jié)構(gòu)的next字段。 這兩個(gè)字段一個(gè)是表示垃圾收集機(jī)制緩存的根結(jié)點(diǎn)，一個(gè)是zval_gc_info列表的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)， 垃圾收集機(jī)制緩存的結(jié)點(diǎn)無論是作為根結(jié)點(diǎn)，還是列表結(jié)點(diǎn)，都可以在這里體現(xiàn)。 ALLOC_ZVAL在分配了內(nèi)存后會(huì)調(diào)用GC_ZVAL_INIT用來初始化替代了zval的zval_gc_info， 它會(huì)把zval_gc_info中的成員u的buffered字段設(shè)置成NULL，此字段僅在將其放入垃圾回收緩沖區(qū)時(shí)才會(huì)有值，否則會(huì)一直是NULL。 由于PHP中所有的變量都是以zval變量的形式存在，這里以zval_gc_info替換zval，從而成功實(shí)現(xiàn)垃圾收集機(jī)制在原有系統(tǒng)中的集成。
PHP的垃圾回收機(jī)制在PHP5.3中默認(rèn)為開啟，但是我們可以通過配置文件直接設(shè)置為禁用，其對(duì)應(yīng)的配置字段為：zend.enable_gc。 在php.ini文件中默認(rèn)是沒有這個(gè)字段的，如果我們需要禁用此功能，則在php.ini中添加zend.enable_gc=0或zend.enable_gc=off。 除了修改php.ini配置zend.enable_gc，也可以通過調(diào)用gc_enable()/gc_disable()函數(shù)來打開/關(guān)閉垃圾回收機(jī)制。 這些函數(shù)的調(diào)用效果與修改配置項(xiàng)來打開或關(guān)閉垃圾回收機(jī)制的效果是一樣的。 除了這兩個(gè)函數(shù)PHP提供了gc_collect_cycles()函數(shù)可以在根緩沖區(qū)還沒滿時(shí)強(qiáng)制執(zhí)行周期回收。 與垃圾回收機(jī)制是否開啟在PHP源碼中有一些相關(guān)的操作和字段。在zend.c文件中有如下代碼：

zend.enable_gc對(duì)應(yīng)的操作函數(shù)為ZEND_INI_MH(OnUpdateGCEnabled)，如果開啟了垃圾回收機(jī)制， 即GC_G(gc_enabled)為真，則會(huì)調(diào)用gc_init函數(shù)執(zhí)行垃圾回收機(jī)制的初始化操作。 gc_init函數(shù)在zend/zend_gc.c 121行，此函數(shù)會(huì)判斷是否開啟垃圾回收機(jī)制， 如果開啟，則初始化整個(gè)機(jī)制，即直接調(diào)用malloc給整個(gè)緩存列表分配10000個(gè)gc_root_buffer內(nèi)存空間。 這里的10000是硬編碼在代碼中的，以宏GC_ROOT_BUFFER_MAX_ENTRIES存在，如果需要修改這個(gè)值，則需要修改源碼，重新編譯PHP。 gc_init函數(shù)在預(yù)分配內(nèi)存后調(diào)用gc_reset函數(shù)重置整個(gè)機(jī)制用到的一些全局變量，如設(shè)置gc運(yùn)行的次數(shù)統(tǒng)計(jì)(gc_runs)和gc中垃圾的個(gè)數(shù)(collected)為0， 設(shè)置雙向鏈表頭結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)和下一個(gè)結(jié)點(diǎn)指向自己等。除了這種提的一些用于垃圾回收機(jī)制的全局變量，還有其它一些使用較多的變量，部分說明如下：

當(dāng)我們使用一個(gè)unset操作想清除這個(gè)變量所占的內(nèi)存時(shí)（可能只是引用計(jì)數(shù)減一），會(huì)從當(dāng)前符號(hào)的哈希表中刪除變量名對(duì)應(yīng)的項(xiàng)， 在所有的操作執(zhí)行完后，并對(duì)從符號(hào)表中刪除的項(xiàng)調(diào)用一個(gè)析構(gòu)函數(shù)，臨時(shí)變量會(huì)調(diào)用zval_dtor，一般的變量會(huì)調(diào)用zval_ptr_dtor。
當(dāng)然我們無法在PHP的函數(shù)集中找到unset函數(shù)，因?yàn)樗且环N語言結(jié)構(gòu)。 其對(duì)應(yīng)的中間代碼為ZEND_UNSET，在Zend/zend_vm_execute.h文件中你可以找到與它相關(guān)的實(shí)現(xiàn)。
zval_ptr_dtor并不是一個(gè)函數(shù)，只是一個(gè)長(zhǎng)得有點(diǎn)像函數(shù)的宏。 在Zend/zend_variables.h文件中，這個(gè)宏指向函數(shù)_zval_ptr_dtor。 在Zend/zend_execute_API.c 424行，函數(shù)相關(guān)代碼如下：

從代碼我們可以很清晰的看出這個(gè)zval的析構(gòu)過程，關(guān)于引用計(jì)數(shù)字段做了以下兩個(gè)操作：
如果變量的引用計(jì)數(shù)為1，即減一后引用計(jì)數(shù)為0，直接清除變量。如果當(dāng)前變量如果被緩存，則需要清除緩存如果變量的引用計(jì)數(shù)大于1，即減一后引用計(jì)數(shù)大于0，則將變量放入垃圾列表。如果變更存在引用，則去掉其引用。

將變量放入垃圾列表的操作是GC_ZVAL_CHECK_POSSIBLE_ROOT，這也是一個(gè)宏，其對(duì)應(yīng)函數(shù)gc_zval_check_possible_root， 但是此函數(shù)僅對(duì)數(shù)組和對(duì)象執(zhí)行垃圾回收操作。對(duì)于數(shù)組和對(duì)象變量，它會(huì)調(diào)用gc_zval_possible_root函數(shù)。

在前面說到gc_zval_check_possible_root函數(shù)僅對(duì)數(shù)組和對(duì)象執(zhí)行垃圾回收操作，然而在gc_zval_possible_root函數(shù)中， 針對(duì)對(duì)象類型的變量會(huì)去調(diào)用GC_ZOBJ_CHECK_POSSIBLE_ROOT宏。而對(duì)于其它的可用于垃圾回收的機(jī)制的變量類型其調(diào)用過程如下：
檢查zval結(jié)點(diǎn)信息是否已經(jīng)放入到結(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)，如果已經(jīng)放入到結(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)，則直接返回，這樣可以優(yōu)化其性能。 然后處理對(duì)象結(jié)點(diǎn)，直接返回，不再執(zhí)行后面的操作判斷結(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)被標(biāo)記為紫色，如果為紫色則不再添加到結(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)，此處在于保證一個(gè)結(jié)點(diǎn)只執(zhí)行一次添加到緩沖區(qū)的操作。

將結(jié)點(diǎn)的顏色標(biāo)記為紫色，表示此結(jié)點(diǎn)已經(jīng)添加到緩沖區(qū)，下次不用再做添加
找出新的結(jié)點(diǎn)的位置，如果緩沖區(qū)滿了，則執(zhí)行垃圾回收操作。
將新的結(jié)點(diǎn)添加到緩沖區(qū)所在的雙向鏈表。
在gc_zval_possible_root函數(shù)中，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，程序調(diào)用gc_collect_cycles函數(shù)，執(zhí)行垃圾回收操作。 其中最關(guān)鍵的幾步就是：
第628行 此處為其官方文檔中算法的步驟 B ，算法使用深度優(yōu)先搜索查找所有可能的根，找到后將每個(gè)變量容器中的引用計(jì)數(shù)減1， 為確保不會(huì)對(duì)同一個(gè)變量容器減兩次“1”，用灰色標(biāo)記已減過1的。
第629行 這是算法的步驟 C ，算法再一次對(duì)每個(gè)根節(jié)點(diǎn)使用深度優(yōu)先搜索，檢查每個(gè)變量容器的引用計(jì)數(shù)。 如果引用計(jì)數(shù)是 0 ，變量容器用白色來標(biāo)記。如果引用次數(shù)大于0，則恢復(fù)在這個(gè)點(diǎn)上使用深度優(yōu)先搜索而將引用計(jì)數(shù)減1的操作（即引用計(jì)數(shù)加1）， 然后將它們重新用黑色標(biāo)記。
第630行 算法的最后一步 D ，算法遍歷根緩沖區(qū)以從那里刪除變量容器根(zval roots)， 同時(shí)，檢查是否有在上一步中被白色標(biāo)記的變量容器。每個(gè)被白色標(biāo)記的變量容器都被清除。 在[gc_collect_cycles() -> gc_collect_roots() -> zval_collect_white() ]中我們可以看到， 對(duì)于白色標(biāo)記的結(jié)點(diǎn)會(huì)被添加到全局變量zval_to_free列表中。此列表在后面的操作中有用到。
PHP的垃圾回收機(jī)制在執(zhí)行過程中以四種顏色標(biāo)記狀態(tài)。
GC_WHITE 白色表示垃圾
GC_PURPLE 紫色表示已放入緩沖區(qū)
GC_GREY 灰色表示已經(jīng)進(jìn)行了一次refcount的減一操作
GC_BLACK 黑色是默認(rèn)顏色，正常
相關(guān)的標(biāo)記以及操作代碼如下：

以上的這種以位來標(biāo)記狀態(tài)的方式在PHP的源碼中使用頻率較高，如內(nèi)存管理等都有用到， 這是一種比較高效及節(jié)省的方案。但是在我們做數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)可能對(duì)于字段不能使用這種方式， 應(yīng)該是以一種更加直觀，更加具有可讀性的方式實(shí)現(xiàn)。

最新評(píng)論