PHP5.3的垃圾回收机制(动态存储分配方案)深入理解

垃圾回收机制是一种动态存储分配方案。它会自动释放程序不再需要的已分配的内存块。 自动回收内存的过程叫垃圾收集。垃圾回收机制可以让程序员不必过分关心程序内存分配,从而将更多的精力投入到业务逻辑。 在现在的流行各种语言当中,垃圾回收机制是新一代语言所共有的特征,如Python、PHP、Eiffel、C#、Ruby等都使用了垃圾回收机制。 虽然垃圾回收是现在比较流行的做法,但是它的年纪已经不小了。早在20世纪60年代MIT开发的Lisp系统中就已经有了它的身影, 但是由于当时技术条件不成熟,从而使得垃圾回收机制成了一个看起来很美的技术,直到20世纪90年代Java的出现,垃圾回收机制才被广泛应用。

PHP也在语言层实现了内存的动态管理,这在前面的章节中已经有了详细的说明, 内存的动态管理将开发人员从繁琐的内存管理中解救出来。与此配套,PHP也提供了语言层的垃圾回收机制, 让程序员不必过分关心程序内存分配。

在PHP5.3版本之前,PHP只有简单的基于引用计数的垃圾回收,当一个变量的引用计数变为0时, PHP将在内存中销毁这个变量,只是这里的垃圾并不能称之为垃圾。 并且PHP在一个生命周期结束后就会释放此进程/线程所点的内容,这种方式决定了PHP在前期不需要过多考虑内存的泄露问题。 但是随着PHP的发展,PHP开发者的增加以及其所承载的业务范围的扩大,在PHP5.3中引入了更加完善的垃圾回收机制。 新的垃圾回收机制解决了无法处理循环的引用内存泄漏问题。PHP5.3中的垃圾回收机制使用了文章引用计数系统中的同步周期回收(Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems) 中的同步算法。关于这个算法的介绍我们就不再赘述,在PHP的官方文档有图文并茂的介绍:回收周期(Collecting Cycles)。
如前面所说,在PHP中,主要的内存管理手段是引用计数,引入垃圾收集机制的目的是为了打破引用计数中的循环引用,从而防止因为这个而产生的内存泄露。 垃圾收集机制基于PHP的动态内存管理而存在。PHP5.3为引入垃圾收集机制,在变量存储的基本结构上有一些变动,如下所示:

复制代码 代码如下:


struct _zval_struct {
/* Variable information */
zvalue_value value; /* value */
zend_uint refcount__gc;
zend_uchar type; /* active type */
zend_uchar is_ref__gc;
};


与PHP5.3之前的版本相比,引用计数字段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机制。 在PHP的源码风格中,大量的宏是一个非常鲜明的特点。这些宏相当于一个接口层,它屏蔽了接口层以下的一些底层实现,如, ALLOC_ZVAL宏,这个宏在PHP5.3之前是直接调用PHP的内存管理分配函数emalloc分配内存,所分配的内存大小由变量的类型等大小决定。 在引入垃圾回收机制后,ALLOC_ZVAL宏直接采用新的垃圾回收单元结构,所分配的大小都是一样的,全部是zval_gc_info结构体所占内存大小, 并且在分配内存后,初始化这个结构体的垃圾回收机制。如下代码:

复制代码 代码如下:


/* The following macroses override macroses from zend_alloc.h */
#undef ALLOC_ZVAL
#define ALLOC_ZVAL(z) \
do { \
(z) = (zval*)emalloc(sizeof(zval_gc_info)); \
GC_ZVAL_INIT(z); \
} while (0)


zend_gc.h文件在zend.h的749行被引用:#include “zend_gc.h” 从而替换覆盖了在237行引用的zend_alloc.h文件中的ALLOC_ZVAL等宏 在新的的宏中,关键性的改变是对所分配内存大小和分配内容的改变,在以前纯粹的内存分配中添加了垃圾收集机制的内容, 所有的内容都包括在zval_gc_info结构体中:

复制代码 代码如下:


typedef struct _zval_gc_info {
zval z;
union {
gc_root_buffer *buffered;
struct _zval_gc_info *next;
} u;
} zval_gc_info;


对于任何一个ZVAL容器存储的变量,分配了一个zval结构,这个结构确保其和以zval变量分配的内存的开始对齐, 从而在zval_gc_info类型指针的强制转换时,其可以作为zval使用。在zval字段后面有一个联合体:u。 u包括gc_root_buffer结构的buffered字段和zval_gc_info结构的next字段。 这两个字段一个是表示垃圾收集机制缓存的根结点,一个是zval_gc_info列表的下一个结点, 垃圾收集机制缓存的结点无论是作为根结点,还是列表结点,都可以在这里体现。 ALLOC_ZVAL在分配了内存后会调用GC_ZVAL_INIT用来初始化替代了zval的zval_gc_info, 它会把zval_gc_info中的成员u的buffered字段设置成NULL,此字段仅在将其放入垃圾回收缓冲区时才会有值,否则会一直是NULL。 由于PHP中所有的变量都是以zval变量的形式存在,这里以zval_gc_info替换zval,从而成功实现垃圾收集机制在原有系统中的集成。
PHP的垃圾回收机制在PHP5.3中默认为开启,但是我们可以通过配置文件直接设置为禁用,其对应的配置字段为:zend.enable_gc。 在php.ini文件中默认是没有这个字段的,如果我们需要禁用此功能,则在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,也可以通过调用gc_enable()/gc_disable()函数来打开/关闭垃圾回收机制。 这些函数的调用效果与修改配置项来打开或关闭垃圾回收机制的效果是一样的。 除了这两个函数PHP提供了gc_collect_cycles()函数可以在根缓冲区还没满时强制执行周期回收。 与垃圾回收机制是否开启在PHP源码中有一些相关的操作和字段。在zend.c文件中有如下代码:

复制代码 代码如下:

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