GC

简介：PHP 是一门托管型语言，在 PHP 编程中，程序员不需要手工处理内存资源的分配与释放（使用 C 编写 PHP 或 Zend 扩展除外），这就意味着 PHP 本身实现了垃圾回收机制（Garbage Collection）。在 PHP 官方网站可以看到对垃圾回收机制的介绍，在开始介绍垃圾回收之前我们先介绍几个关键的概念。

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PHP的引用计数：（refcount，is_ref）

PHP在内核中是通过zval这个结构体来存储变量的，在Zend/zend.h文件中找到了其定义：

PHP5 中定义如下：

struct_zval_struct {

zvalue_valuevalue;

zend_uint refcount;        

zend_uchar type;/* active type */

zend_uchar is_ref;

};

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一个例子：

第一步：查看内部结构

$a = 'zd';  

我们可以使用xdebug查看zval的信息

xdebug_debug_zval('a'); 

存储的内部信息是 name:(refcount=1, is_ref=0)='zd' 

说明php通过zavl的refcount变量来存储引用计数

第二步：增加一个计数

$a = 'zd';   $b = $a;

xdebug_debug_zval('a'); 

存储的内部信息是： name:(refcount=2, is_ref=0),string'zd' 

证明这种情况下并不会开辟两块内存空间，并且refcount会加1

第三步骤：引用赋值

当我们使用值引用时，$a = 'zd';   $b = &$a;

xdebug_debug_zval('a'); 

存储的内部信息是：name:(refcount=2, is_ref=1)='zd'

所以我们可以的得到的信息是：引用赋值会导致zval通过is_ref来标记是否存在引用的情况。

第四步：数组型的变量

$test = ['a'=>'1','b'=>'2']; 

xdebug_debug_zval('test');

test: (refcount=1, is_ref=0)=array ( 

   'a' => (refcount=1, is_ref=0)='1', 

    'b' => (refcount=1,is_ref=0)='2' 

)

由此我们可以明白：数组内部的元素也会生成对应的zavl，上述的例子存在3个zval,这3个zval都遵循变量的引用和计数原则。

第五步：unset掉变量，使refcount减1

$a = 'zd';

unset($a);

xdebug_debug_zval('a');

a:(refcount=0, is_ref=0)='zd'  

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上面提到的refcount=0的情况，会被自动的销毁掉，其实并不属于垃圾，下面我们来想一想为什么是垃圾？为什么要有垃圾回收呢，如果不回收会引入什么问题呢？

PHP5.3 之前的内存泄漏的垃圾回收

产生内存泄漏主要真凶：环形引用。 现在来造一个环形引用的场景：

$a= ['one'];

$a[] = &$a;

xdebug_debug_zval('a');

a: (refcount=2, is_ref=1)=array (

        0 => (refcount=1, is_ref=0)='one',

        1 => (refcount=2, is_ref=1)=…

)

“…”表示1指向a自身，是一个环形引用

环形引用

这个时候我们对$a进行unset,那么$a会从符号表中删除，同时$a指向的zval的refcount减少1，那么问题也就产生了，$a已经不在符号表中了，用户无法再访问此变量，但是$a之前指向的zval的refcount由2变为1而不是0，因此不能被回收，这样产生了内存泄露：

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为解决这种垃圾，产生了新的GC

        在较新的PHP手册中有简单的介绍新的GC使用的垃圾清理算法，这个算法名为 Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems ， 这里不详细介绍此算法，根据手册中的内容来先简单的介绍一下思路：

首先我们有几个基本的准则：

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，不属于垃圾

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，起初笔者也无法理解其含义，直到挖掘了源代码之后才算是了解。如果你现在不理解没有关系，后面会详细介绍，这里先把这算法的几个步骤描叙一下,首先引用手册中的一张图:

垃圾回收的过程

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。

这ABCD四个过程是手册中对这个算法的介绍，这还不是那么容易理解其中的原理，这个算法到底是个什么意思呢？我自己的理解是这样的：

        比如还是前面那个变成垃圾的数组$a对应的zval,命名为zval_a,  如果没有执行unset， zval_a的refcount为2,分别由$a和$a中的索引1指向这个zval。  

        用算法对这个数组中的所有元素（索引0和索引1）的zval的refcount进行减1操作，由于索引1对应的就是zval_a，所以这个时候zval_a的refcount应该变成了1，这样zval_a就不是一个垃圾。

        如果执行了unset操作，zval_a的refcount就是1，由zval_a中的索引1指向zval_a,用算法对数组中的所有元素（索引0和索引1）的zval的refcount进行减1操作，这样zval_a的refcount就会变成0，于是就发现zval_a是一个垃圾了。 算法就这样发现了顽固的垃圾数据。

举了这个例子，读者大概应该能够知道其中的端倪：

对于一个包含环形引用的数组，对数组中包含的每个元素的zval进行减1操作，之后如果发现数组自身的zval的refcount变成了0，那么可以判断这个数组是一个垃圾。

这个道理其实很简单，假设数组a的refcount等于m, a中有n个元素又指向a,如果m等于n,那么算法的结果是m减n，m-n=0，那么a就是垃圾，如果m>n,那么算法的结果m-n>0,所以a就不是垃圾了

m=n代表什么？  代表a的refcount都来自数组a自身包含的zval元素,代表a之外没有任何变量指向它，代表用户代码空间中无法再访问到a所对应的zval，代表a是泄漏的内存，因此GC将a这个垃圾回收了。

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PHP中运用新的GC的算法

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个节点，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。

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1.unset函数

    unset只是断开一个变量到一块内存区域的连接，同时将该内存区域的引用计数-1；内存是否回收主要还是看refount是否到0了，以及gc算法判断。

2.= null 操作；

    a=null是直接将a 指向的数据结构置空，同时将其引用计数归0。

3.脚本执行结束

    脚本执行结束，该脚本中使用的所有内存都会被释放，不论是否有引用环。