PHP7中zval結(jié)構(gòu)和引用計數(shù)機制是什么

這篇文章主要介紹PHP7中zval結(jié)構(gòu)和引用計數(shù)機制是什么，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

最近在查閱 PHP7 垃圾回收的資料的時候，網(wǎng)上的一些代碼示例在本地環(huán)境下運行時出現(xiàn)了不同的結(jié)果，使我一度非常迷惑。 仔細一想不難發(fā)現(xiàn)問題所在：這些文章大多是 PHP5.x 時代的，而 PHP7 發(fā)布后，采用了新的 zval 結(jié)構(gòu)，相關(guān)的資料也比較貧瘠，所以我結(jié)合一些資料做了一個總結(jié)，主要側(cè)重于解釋新 zval 容器中的引用計數(shù)機制，如有謬誤，還望不吝指教。

PHP7 中新的 zval 結(jié)構(gòu)

明人不說暗話，先看代碼！

struct _zval_struct {
    union {
        zend_long         lval;             /* long value */
        double            dval;             /* double value */
        zend_refcounted  *counted;
        zend_string      *str;
        zend_array       *arr;
        zend_object      *obj;
        zend_resource    *res;
        zend_reference   *ref;
        zend_ast_ref     *ast;
        zval             *zv;
        void             *ptr;
        zend_class_entry *ce;
        zend_function    *func;
        struct {
            uint32_t w1;
            uint32_t w2;
        } ww;
    } value;
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    type,         /* active type */
                zend_uchar    type_flags,
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)     /* call info for EX(This) */
        } v;
        uint32_t type_info;
    } u1;
    union {
        uint32_t     var_flags;
        uint32_t     next;                 /* hash collision chain */
        uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
        uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
        uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
        uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
        uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
    } u2;
};
復(fù)制代碼

對于該結(jié)構(gòu)的詳細描述可以參考文末鳥哥的文章，寫的非常詳細，我就不關(guān)公面前耍大刀了，這里我只提出幾個比較關(guān)鍵的點：

• PHP7 中的變量分為變量名和變量值兩部分，分別對應(yīng) zval_struct 和在其中聲明的 value

• zval_struct.value 中的 zend_long 、double 都是簡單數(shù)據(jù)類型，能夠直接儲存具體的值，而其他復(fù)雜數(shù)據(jù)類型儲存一個指向其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針

• PHP7 中，引用計數(shù)器儲存在 value 中而不是 zval_struct

• NULL、布爾型都屬于沒有值的數(shù)據(jù)類型（其中布爾型通過 IS_FALSE 和 IS_TRUE 兩個常量來標(biāo)記），自然也就沒有引用計數(shù)

• 引用（REFERENCE）變?yōu)榱艘环N數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不再只是一個標(biāo)記位了，它的結(jié)構(gòu)如下：

struct _zend_reference {
    zend_refcounted_h gc;
    zval              val;
}

• zend_reference 作為 zval_struct 中包含的一種 value 類型，也擁有自己的 val 值，這個值是指向一個 zval_struct.value 的。他們都擁有自己的引用計數(shù)器。

引用計數(shù)器用來記錄當(dāng)前有多少 zval 指向同一個 zend_value。

針對第六點，請看如下代碼：

$a = 'foo';
$b = &$a;
$c = $a;

此時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是這樣的：

$a 與 $b 各擁有一個 zval_struct 容器，并且其中的 value 都指向同一個 zend_reference 結(jié)構(gòu)，zend_reference 內(nèi)嵌一個 val 結(jié)構(gòu)， 指向同一個 zend_string，字符串的內(nèi)容就儲存在其中。

而 $c 也擁有一個 zval_struct，而它的 value 在初始化的時候可以直接指向上面提到的 zend_string ，這樣在拷貝時就不會產(chǎn)生復(fù)制。

下面我們就聊一聊在這種全新的 zval 結(jié)構(gòu)中，會出現(xiàn)的種種現(xiàn)象，和這些現(xiàn)象背后的原因。

問題

一. 為什么某些變量的引用計數(shù)器的初始值為 0

現(xiàn)象

$var_int = 233;
$var_float = 233.3;
$var_str = '233';

xdebug_debug_zval('var_int');
xdebug_debug_zval('var_float');
xdebug_debug_zval('var_str');

/** 輸出 **
var_int:
(refcount=0, is_ref=0)int 233

var_float:
(refcount=0, is_ref=0)float 233.3

var_str:
(refcount=0, is_ref=0)string '233' (length=3)
**********/

原因

在 PHP7 中，為一個變量賦值的時候，包含了兩部分操作：

1、為符號量（即變量名）申請一個 zval_struct 結(jié)構(gòu)

2、將變量的值儲存到 zval_struct.value 中 對于 zval 在 value 字段中能保存下的值，就不會在對他們進行引用計數(shù)，而是在拷貝的時候直接賦值，這部分類型有：

• IS_LONG

• IS_DOUBLE

即我們在 PHP 中的整形與浮點型。

那么 var_str 的 refcount 為什么也是 0 呢？  
這就牽扯到 PHP 中字符串的兩種類型：

1、interned string 內(nèi)部字符串（函數(shù)名、類名、變量名、靜態(tài)字符串）：

 $str = '233';    // 靜態(tài)字符串

2、普通字符串：

 $str = '233' . time();

對于內(nèi)部字符串而言，字符串的內(nèi)容是唯一不變的，相當(dāng)于 C 語言中定義在靜態(tài)變量區(qū)的字符串，他們的生存周期存在于整個請求期間，request 完成后會統(tǒng)一銷毀釋放，自然也就無需通過引用計數(shù)進行內(nèi)存管理。

二. 為什么在對整形、浮點型和靜態(tài)字符串型變量進行引用賦值時，計數(shù)器的值會直接變?yōu)?

現(xiàn)象

$var_int_1 = 233;
$var_int_2 = &var_int;
xdebug_debug_zval('var_int_1');

/** 輸出 **
var_int:
(refcount=2, is_ref=1)int 233
**********/

原因

回憶一下我們開頭講的 zval_struct 中 value 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)為一個變量賦整形、浮點型或靜態(tài)字符串類型的值時，value 的數(shù)據(jù)類型為 zend_long 、 double 或 zend_string，這時值是可以直接儲存在 value 中的。而按值拷貝時，會開辟一個新的 zval_struct 以同樣的方式將值儲存到相同數(shù)據(jù)類型的 value 中，所以 refcount 的值一直都會為 0。

但是當(dāng)使用 & 操作符進行引用拷貝時，情況就不一樣了：

• PHP 為 & 操作符操作的變量申請一個 zend_reference 結(jié)構(gòu)

• 將 zend_reference.value 指向原來的 zval_struct.value

• zval_struct.value 的數(shù)據(jù)類型會被修改為 zend_refrence

• 將 zval_struct.value 指向剛剛申請并初始化后的 zend_reference

• 為新變量申請 zval_struct 結(jié)構(gòu)，將他的 value 指向剛剛創(chuàng)建的 zend_reference

此時：$var\_int\_1 和 $var_int_2 都擁有一個 zval_struct 結(jié)構(gòu)體，并且他們的 zval_struct.value 都指向了同一個 zend_reference 結(jié)構(gòu)，所以該結(jié)構(gòu)的引用計數(shù)器的值為 2。

題外話：zend_reference 又指向了一個整形或浮點型的 value，如果指向的 value 類型是 zend_string，那么該 value 引用計數(shù)器的值為 1。而 xdebug 出來的 refcount 顯示的是 zend_reference 的計數(shù)器值（即 2）

三. 為什么初始數(shù)組的引用計數(shù)器的值為 2

現(xiàn)象

$var_empty_arr = [1, 2, '3'];
xdebug_debug_zval('var_empty_arr');

/** 輸出 **
var_arr:
(refcount=2, is_ref=0)
array (size=3)
  0 => (refcount=0, is_ref=0)int 1
  1 => (refcount=0, is_ref=0)int 2
  2 => (refcount=1, is_ref=0)string '3' (length=1)
**********/

原因

這牽扯到 PHP7 中的另一個概念，叫做 immutable array（不可變數(shù)組）。

For arrays the not-refcounted variant is called an "immutable array". If you use opcache, then constant array literals in your code will be converted into immutable arrays. Once again, these live in shared memory and as such must not use refcounting. Immutable arrays have a dummy refcount of 2, as it allows us to optimize certain separation paths.

不可變數(shù)組是 opcache 擴展優(yōu)化出的一種數(shù)組類型，簡單的說，所有多次編譯結(jié)果恒定不變的數(shù)組，都會被優(yōu)化為不可變數(shù)組，下面是一個反例：

$array = [1, 2, time()];

PHP 在編譯階段無法得知 time() 函數(shù)的返回值，所以此處的 $array 是可變數(shù)組。

不可變數(shù)組和我們上面講到的內(nèi)部字符串一樣，都是不使用引用計數(shù)的，但是不同點是，內(nèi)部字符串的計數(shù)值恒為 0，而不可變數(shù)組會使用一個偽計數(shù)值 2。

總結(jié)

• 簡單數(shù)據(jù)類型

• 整形（不使用引用計數(shù)）

• 浮點型（不使用引用計數(shù)）

• 布爾型（不使用引用計數(shù)）

• NULL（不使用引用計數(shù)）

• 復(fù)雜數(shù)據(jù)類型

• 普通數(shù)組（使用引用計數(shù)，初始值為 1）

• 不可變數(shù)組（不使用引用計數(shù)，使用偽計數(shù)值 2）

• 普通字符串（使用引用計數(shù)，初始值為 1）

• 內(nèi)部字符串（不使用引用計數(shù)，引用計數(shù)值恒為 0）

• 字符串

• 數(shù)組

• 對象（使用引用計數(shù)，初始值為 1）

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