【PHP源码学习】2019-03-19 PHP引用

baiyan

原视频地址：http://replay.xesv5.com/ll/26...

由于这个系列的视频后面会再次细讲垃圾回收，那么我们今天先复习一下PHP中的引用，为后面做一个铺垫，后续的笔记会详细讲解垃圾回收器的相关运行原理。

PHP7中的引用

• 引用：可以通过不同的变量名，访问同一个变量内容。
• PHP7中的引用通过让两个变量指向同一块内存空间实现了上述特性。在进行引用赋值后，等号左右两边的变量均变成了引用类型(IS_REFERENCE)。这块公用的内存空间就是PHP7为引用类型的变量专门创建的一个结构体，叫做zend_reference。
• 代码示例：

$a = 1;
echo $a;
$b = &$a; //$b是$a的引用
echo $a;
echo $b;
unset($b);
echo $a;

• 我们用gdb调试以上代码：
• 首先执行$a = 1;并且打印$a的值，$a就是一个普通的zval，其类型是IS_LONG，很好理解：

• 执行关键的一步：$b = &$a，打印$a的值，观察$a的存储情况：

• 观察上图，可以发现$a的type变成了10 (IS_REFERENCE)类型，并且ref字段指向了一个新的结构体，这就是zend_reference，zend_reference中存储着$a与$b共同的值1，由于$a与$b同时引用着这个结构体，故此时该结构体的refcount = 2。
• 接下来打印$b，观察$b的存储情况：

• 观察上图，发现与$b的type也是IS_REFERENCE类型，且ref字段也指向了一个zend_reference结构体，比较$a与$b指向的zend_reference，二者地址相同，说明指向了同一个zend_reference结构体。此时两个变量的存储情况如下图所示：

• 接下来执行unset($b)，观察$a以及zend_reference的存储情况，我们看是否符合预期：

• 我们看到unset($b)之后，$a所指向的zend_reference的refcount由2变为1，说明现在只有$a引用着这个结构体，b不再引用这个结构体，其类型变成了IS_UNDEF类型，代码执行完毕。
• 那么我们看一下zend_reference结构体的基本结构：

struct _zend_reference {
    zend_refcounted_h gc; //gc相关，存有refcount
    zval  val;   //引用类型的变量值存在这个zval中的zend_value字段中。简单类型的值直接存在这里，复杂类型的值存储对应数据结构的指针，来找到这个变量的值，和之前讲基本变量时候讲过的一样。
};

• 这个结构体一共只有2个字段，gc字段中是zend_refcounted_gc结构体类型，其中存储了引用计数；val字段存储了引用类型变量的值（简单类型如整型、浮点型的值直接存在这里，复杂类型存对应数据结构的指针，与之前讲基本变量的时候讲过的一样）。这样相当于加了一个中间层，使得原始的zend_string或zend_array在内存中只有1份，方便管理与维护。

循环引用问题

• 循环引用：变量自己引用自己。
• 我们首先构造一个循环引用：

<?php
$a = ['time' => time()];
echo $a;
$a[] = &$a; //循环引用
echo $a;
unset($a);
echo $a;

• 注意：由于开启opcache的PHP7会在数组初始化的元素全部为常量元素的时候，将其优化成不可变数组(immutable array)，这里的引用计数值refcount = 2只是一个伪引用计数，所以我们使用$a = ['time' => time()]，让其初始化后的refcount为正常的1。]见下图：

• 利用gdb调试这段代码：
• 执行完$a初始化并打印$a，refcount为1，type为7(IS_ARRAY)而此时的ref字段中的值是非法地址，说明此时还没有生成中间的zend_reference结构体:

• 继续执行下一行$a[] = &$a; 观察下图中绿色方框的含义：

  - $a的zval中的ref指向zend_reference结构体
  - zend_reference结构体中的zval字段中的arr指针指向了原始的zend_array
  - zend_array中的arData指针指向了bucket类型
  - zend_array中的bucket数组元素也是一个IS_REFERENCE类型，它又指回到同一个zend_reference结构体：

• 根据gdb调试情况画出内存结构图：

• 由于有两个东西指向zend_reference结构体（一个是$a，一个是$a数组中的一个元素），所以refcount = 2。原始的zend_array中也有一个refcount字段，由于只有一个zend_reference指向这个zend_array，所以refcount = 1。
• 接下来继续执行unset($a)：

• 我们可以看到，$a的type类型变成了0(IS_UNDEF)，同时其指向的zend_reference结构体的refcount变为了1（因为$a数组中的元素仍然在指向它），我们画图来表示一下现在的内存情况：

• 那么问题出现了，$a是unset掉了，但是由于原始的zend_array中的元素仍然在指向仍然在指向zend_reference结构体，所以zend_reference的refcount是1，而并非是预期的0。这样一来，这两个zend_reference与zend_array结构在unset($a)之后，仍然存在于内存之中，如果对此不作任何处理，就会造成内存泄漏。
• 那么如何解决循环引用带来的内存泄漏问题呢？垃圾回收就要派上用场了。在PHP7中，如果检测到refcount -1 后仍 > 0的变量，会把它放入一个双向链表中，等待垃圾回收，相当于一个缓冲区的作用。待缓冲区满了之后（10000个存储单元），然后再对其进行标记和清除（以后会在代码层面具体讲垃圾回收的方法）。
• 缓冲区的作用就是减少垃圾回收算法运行的频率，减少对正在运行的服务端代码的影响。