# 引用計數和寫時拷貝
## 參考
[引用計數基本知識](https://www.php.net/manual/zh/features.gc.refcounting-basics.php)
[PHP的垃圾回收機制](https://www.cnblogs.com/xuxubaobao/p/10840176.html)
[# PHP內核探索之變量---變量的容器-Zval](https://blog.csdn.net/ohmygirl/article/details/41542445)
## 1.引用計數(標量類型)
在上一章我們已經講解了PHP變量的結構，其中了解到ref\_count\_\_gc和is\_ref\_\_gc是PHP的GC機制所需的很重要的兩個字段，我們就寫幾個例子來看一下這兩個變量是如何變化的。
**1.1創建變量時，會創建一個zval**
~~~
$str = "test zval";
xdebug_debug_zval('str');
結果:str: (refcount=1, is_ref=0)='test zval'
~~~
當使用$str="test zval";來創建變量時，會在當前作用域的符號表中插入新的符號（str）,由于該變量是一個普通的變量，因此會生成一個refcount=1且is\_ref=0的zval容器。也就是說，實際上是這樣的:
**1.2變量賦值給另外一個變量時，會增加zval的refcount值.**
~~~
$str = "test zval";
$str2 = $str;
xdebug\_debug\_zval('str');
xdebug\_debug\_zval('str2');
結果：
str: (refcount=2, is_ref=0)='test zval'
str2: (refcount=2, is_ref=0)='test zval'
~~~
同時我們看到，str和是str2這兩個symbol的zval結構是一樣的。這里其實是PHP所做的一個優化，由于str和str2都是普通變量，因而它們指向了同一個zval，而沒有為str2開辟單獨的zval。這么做，可以在一定程度上節省內存。這時的str,str2與zval的對應關系是這樣的：
**1.3使用unset時，對減少相應zval的refcount值**
~~~
$str = "test zval";
$str3 = $str2 = $str;
xdebug\_debug\_zval('str');
unset($str2,$str3)
xdebug\_debug\_zval('str');
結果：
str: (refcount=3, is_ref=0)='test zval'
str: (refcount=1, is_ref=0)='test zval'
~~~
由于unset($str2,$str3)會將str2和str3從符號表中刪除，因此，在unset之后，只有str指向該zval，如下圖所示：
現在如果執行unset($str)，則由于zval的refcount會減少到0，該zval會從內存中清理。這當然是最理想的情況。
但是事情并不總是那么樂觀。
## 2.引用計數(復合類型)
當考慮像array和object這樣的復合類型時，事情就稍微有點復雜. 與標量(scalar)類型的值不同，array和object類型的變量把它們的成員或屬性存在自己的符號表中。這意味著下面的例子將生成三個zval變量容器。
**2.1創建數組類型**
與標量這些普通變量不同，數組和對象這類復合型的變量在生成zval時，會為每個item項生成一個zval容器。例如：
~~~
$ar=array(
'id'=> 38,
'name'=>'shine'
);
xdebug\_debug\_zval('str');
結果：
ar: (refcount=1, is_ref=0)=array (
'id' => (refcount=1, is_ref=0)=38,
'name' => (refcount=1, is_ref=0)='shine'
)
~~~
**2.2添加一個已經存在的元素到數組中**
可以看出，變量$arr生成的過程中，共生成了3個zval容器（紅色部分標注）。對于每個zval而言，refcount的增減規則與普通變量的相同。例如，我們在數組中添加另外一個元素，并把$arr\['name'\]的值賦給它：
~~~
$ar=array(
'id'=> 38,
'name'=>'shine',
);
$ar['test']=$ar[’name‘];
xdebug_debug_zval('str');
結果：
arr: (refcount=1, is_ref=0)=array (
'id' => (refcount=1, is_ref=0)=38,
'name' => (refcount=1, is_ref=0)='shine',
'test' => (refcount=1, is_ref=0)='shine',
)
~~~
如同普通變量一樣，這時候,name和test這兩個symbol指向同一個zval:
**2.2unset刪除一個已經存在的元素到數組中**
同樣的，從數組中移除元素時，會從符號表中刪除相應的符號，同時減少對應zval的refcount值。同樣，如果zval的refcount值減少到0，那么就會從內存中刪除該zval：
~~~
$ar=array(
'id'=> 38,
'name'=>'shine',
);
$ar['test']=$ar[’name‘];
unset($ar['test'],$ar['name']);
xdebug_debug_zval('str');
結果：
ar: (refcount=1, is_ref=0)=array ('id' => (refcount=1, is_ref=0)=38)
~~~
現在，當我們添加一個數組本身作為這個數組的元素時，事情就變得有趣，下個例子將說明這個。例中我們加入了引用操作符，否則php將生成一個復制。
**2.3把數組作為一個元素添加到自己**
~~~
$a?\=?array(?'one'?);
$a\[\]?=&?$a;
xdebug\_debug\_zval(?'a'?);
結果：
a: (refcount=2, is_ref=1)=array (
0 => (refcount=1, is_ref=0)='one',
1 => (refcount=2, is_ref=1)=...
)
~~~
能看到數組變量 (a) 同時也是這個數組的第二個元素(1) 指向的變量容器中“refcount”為`2`。上面的輸出結果中的"..."說明發生了遞歸操作, 顯然在這種情況下意味著"..."指向原始數組。
**2.4unset $a**
現在，我們對$a執行unset操作，這會在symbol table中刪除相應的symbol,同時，zval的refcount減1（之前為2），也就是說，現在的zval應該是這樣的結構：
~~~
(refcount=1, is_ref=1)=array (
0 => (refcount=1, is_ref=0)='one',
1 => (refcount=1, is_ref=1)=...
)
~~~
這時，不幸的事情發生了！
Unset之后，雖然沒有變量指向該zval，但是該zval卻不能被GC（指PHP5.3之前的單純引用計數機制的GC）清理掉，因為zval的refcount均大于0。這樣，這些zval實際上會一直存在內存中，直到請求結束（參考SAPI的生命周期）。在此之前，這些zval占據的內存不能被使用，便白白浪費了，換句話說，無法釋放的內存導致了內存泄露。
如果這種內存泄露僅僅發生了一次或者少數幾次，倒也還好，但如果是成千上萬次的內存泄露，便是很大的問題了。尤其在長時間運行的腳本中（例如守護程序，一直在后臺執行不會中斷），由于無法回收內存，最終會導致系統“再無內存可用”。
## 2.寫時copy
前面我們已經介紹過，在變量賦值的過程中例如$b = $a，為了節省空間,并不會為$a和$b都開辟單獨的zval，而是使用共享zval的形式：
**
**2.1如果其中一個變量發生變化時，如何處理zval的共享問題？**
~~~
$a = "a simple test";
$b = $a;
echo "before write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');
$b = "thss"cho "after write:".PHP_EOL;
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('b');
結果：
before write:
a: (refcount=2, is_ref=0)='a simple test'
b: (refcount=2, is_ref=0)='a simple test'
after write:
a: (refcount=1, is_ref=0)='a simple test'
b: (refcount=1, is_ref=0)='thss
~~~
起初，符號表中a和b指向了同一個zval(這么做的原因是節省內存)，而后$b發生了變化，Zend會檢查b指向的zval的refcount是否為1，如果是1，那么說明只有一個符號指向該zval，則直接更改zval。否則，說明這是一個共享的zval，需要將該zval分離出去，以保證單獨變化互不影響，這種機制叫做**COW**–Copy on write。在很多場景下，COW都是一種比較高效的策略。
**2.1那么對于引用變量呢？**
~~~
$a = 'test';
$b = &$a;
echo "before change:".PHP\_EOL;
xdebug\_debug\_zval('a');
xdebug\_debug\_zval('b');
$b = 12;
echo "after change:".PHP\_EOL;
xdebug\_debug\_zval('a');
xdebug\_debug\_zval('b');
unset($b);
echo "after unset:".PHP\_EOL;
xdebug\_debug\_zval('a');
xdebug\_debug\_zval('b');
結果：
before change:
a: (refcount=2, is_ref=1)='test'
b: (refcount=2, is_ref=1)='test'
after change:
a: (refcount=2, is_ref=1)=12
b: (refcount=2, is_ref=1)=12
after unset:
a: (refcount=1, is_ref=0)=12
~~~
可以看出，在改變了$b的值之后，Zend會檢查zval的is\_ref檢查是否是引用變量，如果是引用變量，則直接更改即可，否則，需要執行剛剛提到的zval分離。由于$a 和 $b是引用變量，因而更改共享的zval實際上也間接更改了$a的值。而在unset($b)之后，變量$b從符號表中刪除了。
這里也說明一個問題，unset并不是清除zval，而只是從符號表中刪除相應的symbol。
這一章我們講述了變量引用計數的相關原理，在下一章我們會對PHP的GC機制做一個總結
