PHP 5 的变量构造
PHP 5 中一个变量的内存占用比拟节约，比方 long 和 double 类型的变量是不须要援用计数的
PHP 7 的变量变动：变量名 zval、变量值 zend_value
PHP 7 应用名为 zval 的构造存储变量名，应用名为 zend_value 的构造体存储变量值。zval 中有一个 zend_value 类型的属性，将 zval 和 zend_value 关联起来。
在 PHP 中所有类型的变量都是用 zval 来存储，zval 中蕴含一个 type 属性，示意本变量的类型。这就是 PHP 弱类型的外围。
//zend_types.h
typedef struct _zval_struct zval;
/*** 变量值构造体 zend_value ***/
typedef union _zend_value {
/***
这里就是寄存具体值的中央的了，除了 zend_log 整型和 double 浮点型是间接存储具体值，其余类型都是应用指针指向额定的构造体地址
***/
zend_long lval; // 如果是整型 则其值寄存在这里
double dval; // 如果是浮点型 则其值寄存在这里
// 如果上面类型时，值则应用指针指向额定的内存
zend_refcounted *counted;
zend_string *str; //string 字符串
zend_array *arr; //array 数组
zend_object *obj; //object 对象
zend_resource *res; //resource 资源类型
zend_reference *ref; // 援用类型，通过 &$var_name 定义的
zend_ast_ref *ast; // 上面几个都是内核应用的 value
zval *zv;
void *ptr;
zend_class_entry *ce;
zend_function *func;
struct {
uint32_t w1;
uint32_t w2;
} ww;
} zend_value;
/*** 变量名构造体 zval ***/
struct _zval_struct {
zend_value value; /*** 变量理论的 value，指向 zend_value 构造体地址 ***/
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4( // 这个是为了兼容大小字节序，小字节序就是上面的程序，大字节序则上面 4 个程序翻转
zend_uchar type, /*** 变量类型 ***/
zend_uchar type_flags, /*** 变量类型掩码，不同的类型会有不同的几种属性。比方以后类型是否反对援用计数、是否反对写时复制。次要在内存治理时会用 ***/
zend_uchar const_flags, /*** 常量类型掩码 ***/
zend_uchar reserved) //call info，zend 执行流程会用到
} v;
uint32_t type_info; // 下面 4 个值的组合值，能够间接依据 type_info 取到 4 个对应地位的值
} u1;
union {
uint32_t var_flags;
uint32_t next; // 哈希表中解决哈希抵触时用到
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; // 一些辅助值
};zval 中 u1 和 u2 都是联合体，联合体特点是外部给字段复用存储空间，故 v 和 type_info 是共享一块空间的，v 和 type_info 的关系：
图中 type 值为 6，即等于宏定义 IS_STRING，示意以后变量类型是字符串，且字符串的 type_flag 掩码为 24，这两项设置完后，再从 type_info 侧读取，type_info 值就为 6150 了(2^1 + 2^2 + 2^11 + 2^12)。
u2 中记录了一些辅助字段，如 next 用来解决哈希表中的哈希抵触。
zval 的整体内存构造如图：
变量类型
变量的类型存储在 zval.u1.v.type 中，可选值有：
其中 IS_TRUE(布尔类型 true)、IS_FALSE(布尔类型 false)、IS_NULL(空类型 null) 这几个类型没有具体的变量值，间接依据其类型来辨别。
而 IS_LONG(整型 long)、IS_DOUBLE(浮点型 double) 的变量值则别离存在 zend_value 中的 zend_long、double 两个属性下。也就是说，标量类型不须要额定的 value 指针,，其余类型都是通过指针，指向额定的数据结构构造体地址。
变量类型属性
zval.u1.v.type_flags 的宏定义如下：
/* zval.u1.v.type_flags */
#define IS_TYPE_CONSTANT (1<<0)
#define IS_TYPE_IMMUTABLE (1<<1)
#define IS_TYPE_REFCOUNTED (1<<2)
#define IS_TYPE_COLLECTABLE (1<<3)
#define IS_TYPE_COPYABLE (1<<4)通过 bitmap 设置以后变量的内存属性，如是否反对写时复制，是否反对垃圾回收等
字符串构造体 zend_string
字符串构造体应用 _zend_string 示意，其中 zend_refcounted_h 示意援用计数，以及前面所有反对援用计数的数据结构都应用这个构造体来实现。
struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc; /*** 援用计数 ***/
zend_ulong h;
size_t len;
char val[1];
};数组构造体 zend_array
数组底层实现就是一般的有序 HashTable，前面会具体介绍数组
typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
zend_refcounted_h gc; // 援用计数信息，与字符串雷同
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar flags,
zend_uchar nApplyCount,
zend_uchar nIteratorsCount,
zend_uchar reserve)
} v;
uint32_t flags;
} u;
uint32_t nTableMask; // 计算 bucket 索引时的掩码
Bucket *arData; //bucket 数组
uint32_t nNumUsed; // 已用 bucket 数
uint32_t nNumOfElements; // 已有元素数，nNumOfElements <= nNumUsed，因为删除的并不是间接从 arData 中移除
uint32_t nTableSize; // 数组的大小，为 2^n
uint32_t nInternalPointer; // 数值索引
zend_long nNextFreeElement;
dtor_func_t pDestructor;
};对象 zend_object / 资源构造体 zend_resource
资源是指 tcp 连贯、文件句柄等等。
struct _zend_object {
zend_refcounted_h gc;
uint32_t handle;
zend_class_entry *ce; // 对象对应的 class 类
const zend_object_handlers *handlers;
HashTable *properties; // 对象属性哈希表
zval properties_table[1];
};
struct _zend_resource {
zend_refcounted_h gc;
int handle;
int type;
void *ptr;
};援用构造体 zend_reference
援用是一种非凡的类型：
struct _zend_reference {
zend_refcounted_h gc;
zval val;
};在 PHP 中通过 & 操作符产生一个援用变量。具体过程：不论以前的类型是什么，& 首先会创立一个 zend_reference 构造体，其内嵌的 zval 的 value 指向原来 zval 的 value (如果是布尔、整形、浮点则间接复制原来的值)，而后将原 zval 的类型批改为 IS_REFERENCE，行将其变成援用类型的 zval，最初将原 zval 的 value 指向新创建的 zend_reference 构造。
一开始的状况：zval(类型 xxx).value → zend_value。
取 & 后的状况：zval(类型 IS_REFERENCE).value → zend_reference.zval.value → zend_value
这个过程有点像往链表中插入节点的过程。留神，此时会将 $a $b 这两个变量都变成 ref 类型。
如代码：
$a = "time:" . time();
$b = &$a;图示的最终后果：
另外援用只能通过 & 产生，赋值操作是不会产生援用的，也就是说援用只会有一层，不会呈现援用指向援用的状况。
再看一个例子：
$a = 'hello';
$b = $a;
$c = &$b;首先 $b = $a 的赋值后的状况：
之后 $c = &$b 的状况：
但如果此时 unset 掉 b 的话，b 的 type 会变成 null，但 c 仍旧是 reference，而并不是第一印象中的 b 和 c 都变成 null 了，因为 unset b 只是将 b 的 type 改成了 null，不影响 c 的 type。
同样的，如果将 b 或 c 扭转了值，此时会产生 COW，b 和 c 指向新的 string，a 还指向最后的 string，如下代码：
$a = 'hello' . time();
echo $a;
$b = $a;
echo $a;
echo $b;
// 此时 z.value.str 指向的 zend_value 的 refcount=2
$c = &$b;
echo $a;
echo $b;
echo $c;
// 此时老的 zend_value 的 refcount 仍旧是 2，因为有 a 和新的 bc 的 reference 两个指向。// 新的 zend_reference 的 refcount 也是 2，由 b 和 c 指向
$c = 'xxx' . time();
echo $a;
echo $b;
echo $c;
// a 和 bc 的指向拆散，bc 指向新的字符串。老的字符串 refcount 变成 1 内存治理
绝大部分对变量的操作都是读操作，如果赋值一个变量就齐全 alloc 一份数据进去实践上是可行的，也是最简略的，但对性能耗费太大效率太低，所以个别的计划都是 援用计数 + 写时复制 ，附加 垃圾回收 来保护内存。
援用计数
援用计数是 zend_value 中的 value 构造体（比方字符串 zend_string）中的一个属性（个别记为 zend_refcounted_h），记录指向以后 value 的数量。
- 变量复制、函数传参时 此计数 +1
- 变量销毁时计数 -1
- 直到计数为 0 时 将销毁。
$a = "time:" . time(); //$a -> zend_string_1(refcount=1)
$b = $a; //$a,$b -> zend_string_1(refcount=2)
$c = $b; //$a,$b,$c -> zend_string_1(refcount=3)
unset($b); //$b = IS_UNDEF $a,$c -> zend_string_1(refcount=2)援用计数 zend_refcounted_h 构造体：
typedef struct _zend_refcounted_h {
uint32_t refcount; /* reference counter 32-bit */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
zend_uchar type,
zend_uchar flags, /* used for strings & objects */
uint16_t gc_info) /* keeps GC root number (or 0) and color */
} v;
uint32_t type_info;
} u;
} zend_refcounted_h;不是所有类型都有援用计数，是否反对援用计数是通过 zend_value.u1.v.type_flags 类型掩码管制的
反对援用计数的类型，掩码蕴含 IS_TYPE_REFCOUNTED
#define IS_TYPE_REFCOUNTED (1<<2)
| type | refcounted |
+----------------+------------+
|simple types | |
|string | Y |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | Y |
|resource | Y |
|reference | Y |简略数据类型没有不用说，比方 long、double 都是没有的，另外两个阐明一下：
- interned string：外部字符串，像这种
$a = "hi~"，可了解为在申请期间不会扭转且申请完结后被销毁的值，这样就不须要通过援用计数治理了。 - immutable array：还不太分明
写时复制
写时复制即：当多个变量指向同一个 zend_value 的状况下，当某一个变量产生更改，会从新拷贝一份 value 进去供批改，同时断开旧的指向。
$a = array(1,2);
$b = &$a;
$c = $a;
// 尝试批改，$a $b
$b[] = 3;在 $b[]=3 后，value 拷贝出一份，供 $a $b 指向。
跟援用计数一样，不是所有类型都反对写时复制。是否反对写时复制也是通过 zend_value.u1.v.type_flags 类型掩码管制的，下图中不反对 copyable 的就是不反对写时复制。
反对写时复制的类型，掩码中蕴含 IS_TYPE_COPYABLE。#define IS_TYPE_COPYABLE (1<<4)
| type | copyable |
+----------------+------------+
|simple types | |
|string | Y |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | |
|resource | |
|reference | |变量回收
- 被动销毁回收：应用 unset
- 主动销毁回收：函数 return、产生写时复制等，可能导致援用计数为 0
垃圾回收
垃圾回收相当于是高阶的变量回收，一般的垃圾回收通过援用计数为 0 即可实现，简单的状况如下：
$a = [1];
$a[] = &$a;
unset($a);unset 之前：
unset 之后：
此时该数值内部曾经没有指向的变量，导致数组无法访问到。这种状况只可能产生在数组或对象中，所以 PHP 会针对这两种类型做非凡查看：如果当销毁一个变量后，发现援用计数还大于 0，并且是 IS_ARRAY、IS_OBJECT 时，则此 value 则会被放入 gc 的垃圾链表中，期待链表达到肯定数量后会启动查看回收掉。
垃圾回收步骤：
- 对 roots 环（即新退出的有可能是垃圾的变量）中每个元素进行深度优先遍历，将每个元素中 gc_info 为紫色的标记元素为灰色，且援用计数减 1。
- 扫描 roots 环中 gc_info 为灰色的元素，如果发现其援用计数仍旧大于 0，阐明这个元素还在其余中央应用，那么将其色彩从新标记回彩色，并将其援用计数加 1（在第一步有减 1 操作）。如果发现其援用计数为 0，则将其标记为红色。该过程同样为深度优先遍历。
- 扫描 roots 环，将 gc_info 色彩为彩色的元素从 roots 移除。而后对 roots 中色彩为红色的元素进行深度优先遍历，将其援用计数加 1（在第一步有减 1 操作），而后将 roots 链表挪动到待开释的列表中（to_free）。
- 开释 to_free 列表的元素。
是否反对垃圾回收也是 zend_value.u1.v.type_flags 掩码定义的
#define IS_TYPE_COLLECTABLE
| type | collectable |
+----------------+-------------+
|simple types | |
|string | |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | Y |
|resource | |
|reference | |总结一下：一个类型是否反对援用计数、写时复制、垃圾回收，是依据 zval.u1.v.type_flags 掩码来决定的，上面三个值别离示意是否反对的对应的性能。
- IS_TYPE_REFCOUNTED
- IS_TYPE_COPYABLE
- IS_TYPE_COLLECTABLE
写时复制机制能够进步性能缩小内存占用，简略的变量回收能够通过援用计数实现，简单的变量援用关系导致的垃圾须要应用垃圾回收来解决。
本文由 mdnice 多平台公布