PHP中使用的GC算法

PHP 使用垃圾收集器 (GC) 来自动管理变量和对象使用的内存。 php 使用的 GC 算法是标记清除算法的变体。

标记清除算法的工作原理是将内存分为两部分：“使用中”堆和“空闲”堆。 使用中堆包含程序当前正在使用的所有对象和变量，而空闲堆包含当前未使用的内存。

GC 会定期扫描正在使用的堆，以标记所有仍在被程序使用的对象和变量。 然后它会扫描空闲堆以识别不再使用且可以回收的内存。 GC 将此内存返回给操作系统，使其可用于将来的分配。

PHP 的 GC 算法包括一些额外的功能来优化性能和减少内存碎片。 例如，该算法使用“分代”方法进行 GC，根据对象的年龄将对象分为年轻代和老年代。 新对象放在年轻代，回收频率高，老对象放在老年代，回收频率低。

GC 算法还包括一种“复制”机制，可以在内存区域之间移动对象以减少碎片。 当年轻一代被收集时，幸存的对象被移动到一个新的内存区域，让旧区域完全空闲。 这样可以更容易地在年轻代中分配新对象而不会造成碎片。

以下是 PHP 的 GC 在实践中如何工作的示例：

// 分配一个新对象
$obj = new MyClass();

// 使用对象
$obj->doSomething();

// 将对象设置为 null 以将其标记为垃圾回收
$obj = null;

// GC 将在不再需要时自动回收 $obj 使用的内存

在这个例子中，我们分配了一个 MyClass 类的新对象，并通过调用 doSomething 方法来使用它。 然后我们将该对象设置为 null，这将其标记为垃圾收集。 当GC运行时，它会扫描正在使用的堆，标记所有仍在使用的对象，并扫描空闲堆以识别可以回收的内存。 $obj 使用的内存将返回给操作系统，并可用于将来的分配。

值得注意的是，虽然 PHP 的 GC 算法旨在高效且有效，但它并不完美。 仍有可能发生内存泄漏和碎片的情况，尤其是当我们处理大型或复杂的数据结构时。 了解这些问题并编写代码以尽量减少它们的影响是很重要的。 避免内存泄漏和碎片的一些最佳实践包括：

• 避免创建大量不必要的对象
• 使用 unset() 为不再需要的变量释放内存
• 避免对象之间的循环引用，因为这会阻止 GC 回收内存
• 使用 PHP 的内置内存分析工具来识别和解决内存问题。

PHP 的 GC 算法使用许多启发式和优化来平衡性能和内存使用。 例如，该算法使用“stop-the-world”方法，这意味着程序在 GC 运行时暂停。 这使得 GC 可以在不受程序干扰的情况下安全地遍历和修改内存。

GC 算法还包括许多可配置的设置，可以调整这些设置以微调其行为。 例如，gc_threshold 设置控制在触发 GC 循环之前允许分配多少内存，而 gc_mem_cushion 设置控制应保留多少额外内存以减少 GC 循环的频率。

这是 PHP 的 GC 算法在实践中如何工作的另一个例子：

// 分配一个包含 10,000 个元素的数组
$data = range(1, 10000);

// 处理数组
foreach ($data as $value) {
  // dosomthing
}

// 将数组设置为 null 以将其标记为垃圾回收
$data = null;

// GC 将在不再需要时自动回收 $data 使用的内存

在此示例中，我们使用 range() 函数分配一个包含 10,000 个元素的数组。 然后我们使用 foreach 循环处理数组并将数组设置为 null 以将其标记为垃圾回收。 当GC运行时，它会扫描正在使用的堆，标记所有仍在使用的对象，并扫描空闲堆以识别可以回收的内存。 $data 使用的内存将返回给操作系统，并可用于将来的分配。

PHP GC 算法核心

PHP 的 GC 算法的核心是一组内存分配和释放函数，用于管理正在使用的堆和空闲堆。 这些函数是用 C 语言实现的，并直接与操作系统的内存管理系统交互来分配和释放内存。

分配变量或对象时，将调用内存分配函数以从操作系统的空闲堆中保留一块内存。 块的大小取决于正在分配的变量或对象的大小，以及 GC 算法所需的任何额外开销。

分配的内存块然后用描述正在存储的对象或变量的元数据标记。 此元数据包括对象的类型、大小和在内存中的位置等信息。

当释放变量或对象时（通过将其设置为 null 或允许其超出范围），将调用内存释放函数以将内存释放回操作系统的空闲堆。 内存释放函数更新与释放的内存块关联的元数据，以将其标记为空闲并可用于将来的分配。

为执行垃圾回收，PHP 的 GC 算法定期扫描正在使用的堆以识别程序仍在使用的对象和变量。 它通过从一组根开始执行此操作，这些根包括当前正在运行的函数中的所有全局变量、函数参数和局部变量。

GC 算法然后递归地遍历所有从根可达的对象和变量。 任何不可访问的对象或变量都被标记为垃圾收集，并释放它们的内存。

PHP 的 GC 算法包括许多额外的优化以提高性能和减少内存碎片。 例如，该算法对 GC 使用“分代”方法，根据对象的年龄将对象分为年轻代和老年代。 这允许 GC 更有效地收集最近分配的更有可能是垃圾的对象。

该算法还包括一种“复制”机制，可以在内存区域之间移动对象以减少碎片。 当年轻一代被收集时，幸存的对象被移动到一个新的内存区域，让旧区域完全空闲。 这样可以更容易地在年轻代中分配新对象而不会造成碎片。

综上所述，PHP 的 GC 算法是使用内存分配和释放函数、元数据结构和递归遍历算法的组合实现的。 该算法旨在高效、有效和可配置，具有许多启发式和优化来平衡性能和内存使用。

代码示例

下面是一个用 PHP 实现的简单标记清除垃圾收集器的示例：

class GC {
  private $objects = array();
  private $root;

  public function setRoot(&$var) {
    $this->root = &$var;
  }

  public function add(&$var) {
    $this->objects[] = &$var;
  }

  public function collect() {
    $marked = array();

    // 标记从根可达的所有对象
    $this->mark($this->root, $marked);

    // 扫描未标记的对象
    foreach ($this->objects as &$object) {
      if (!in_array($object, $marked)) {
        unset($object);
      }
    }
  }

  private function mark(&$var, &$marked) {
    if (!in_array($var, $marked)) {
      $marked[] = &$var;

      if (is_array($var) || is_object($var)) {
        foreach ($var as &$val) {
          $this->mark($val, $marked);
        }
      }
    }
  }
}

此实现定义了一个 GC 类，用于跟踪一组对象和一个根变量。 setRoot() 方法用于设置根变量，而 add() 方法用于将对象添加到集合中。

collect() 方法通过首先使用 mark() 方法标记从根变量可达的所有对象来执行垃圾收集，该方法递归地遍历对象图。 然后 collect() 方法清除所有未标记的对象，释放它们的内存。

以下是此类如何用于管理内存的示例：

$gc = new GC();

// 创建一个对象并将其添加到 GC 的集合中
$obj1 = new stdClass();
$gc->add($obj1);

// 将对象设置为根变量
$gc->setRoot($obj1);

// 创建另一个对象并将其添加到 GC 的集合中
$obj2 = new stdClass();
$gc->add($obj2);

// 取消设置根变量以将其标记为垃圾收集
$obj1 = null;

// 执行垃圾收集
$gc->collect();

在这个例子中，我们创建了两个对象并将它们添加到 GC 对象的集合中。 我们将第一个对象设置为根变量，以确保它和从它可到达的任何对象都将被保留。 然后我们取消设置 root 变量，这将它标记为垃圾收集。 当我们调用 collect() 方法时，GC 将清理第二个对象，因为它不再可以从根变量访问。

需要注意的是 ，这段代码只是一个简单的示例，并不包括 PHP 内置 GC 算法中使用的许多优化和启发式算法。 但是，它提供了标记清除 GC 算法如何工作的基本概念。