变量的自动GC机制

本章主要内容来源于秦朋先生编著的《PHP7内核剖析》这本书籍，感兴趣的小伙伴可以购买该书，进行系统性学习。

概述

PHP中的变量是不需要手动释放的，内核帮我们实现了变量的内存管理，包括内存的分配与回收。

试想一个最简单的自动GC实现方式：在变量被定义时，分配一块内存，用来保存变量的zval和zend_value结构。在函数返回或程序运行结束时，将该变量占用的内存释放掉。在程序执行期间，如果该变量作为参数调用了其他函数或者赋值给其他变量，则把变量复制一份，变量之间相互独立，不会出现冲突。

上述方式可行并且简单。但是有一个无法接受的弊端，那就是效率以及内存严重浪费的问题。比如变量作为参数传递，深拷贝方式会执行内存分配操作，降低了效率，同时在内存中生成两个完全相同的变量，参数在后续如果只有只读操作，那么内存中只需存在一个变量即可，双倍的内存空间浪费了资源。

比较流行的解决方案是：引用计数 + 写时复制，PHP也是基于这两点实现了自动GC机制。
当变量赋值、传递时不是直接进行深拷贝，而是多个变量共用同一个value，引用计数用来记录value有多少个变量在使用；当某个变量的value发生改变时将无法继续与其他变量共用value，这个时候就要进行深拷贝分离value，这就是写时复制。

引用计数

引用计数用来记录当前有多少个zval指向同一个zend_value。当有新的zval指向这个value时，计数器加1；当zval销毁时，计数器减1。当引用计数为0时，表示此value已经没有被任何变量指向，这个时候就可以对value进行释放了。

PHP7将变量的引用计数保存在zend_value中，这一点与之前的PHP版本不同，旧版本中引用计数保存在zva中。PHP7不同类型的结构体中都有一个相同的成员：gc，这个结构就是用来保存引用计数的。

typedef struct _zend_refcounted_h {
    uint32_t         refcount;            /* reference counter 32-bit */
    union {
        uint32_t type_info;
    } u;
} zend_refcounted_h;
struct _zend_refcounted {
    zend_refcounted_h gc;
};

并不是所有类型都会用到引用计数，没有具体的value结构的类型是不会用到的，比如整型、浮点型、布尔型、NULL，他们的值直接通过zval保存，因此这些类型不会共用value，而是深拷贝。

写时复制

写时复制的机制在计算机系统中有着非常广泛的应用，它只有在必要的时候（发生写的时候）才会进行深拷贝，可以提升效率。

变量使用引用计数必然会出现其中一个变量修改value的情况，这个时候就需要对value进行分离，发生修改的变量会复制一份数据出来进行修改，同时断开原来value的指向，指向新的value。

并不是所有类型的value都可以进行复制，比如对象、资源就无法复制，也就是无法进行分离，如果多个变量指向同一个对象，当其中一个变量修改对象时，其修改将反映到所有变量上，事实上，只有string、array这两种支持value的分离，与引用计数相同。

回收时机

在自动GC机制中，在zval断开zend_value的指向时，如果发现refcount=0则会直接释放value，这就是变量的回收时机，发生断开的两种常见情况为修改变量与函数返回，修改变量会断开原有value的指向，函数返回时会释放所有的局部变量，也就是把所有局部变量的引用计数减1。

除了自动GC，PHP中也可以通过unset()函数主动销毁一个变量。