Freeze/Tipi项目解析：PHP5.3垃圾回收机制深度剖析

钱恺才Grace

于 2025-06-20 09:49:44 发布

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Freeze/Tipi项目解析：PHP5.3垃圾回收机制深度剖析

tipi Thinking In PHP Internals, An open book on PHP Internals 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ti/tipi

引言

在PHP语言中，内存管理一直是性能优化的关键点。Freeze/Tipi项目中对PHP5.3引入的垃圾回收机制进行了深入分析，本文将系统性地讲解这一重要特性。

引用计数的局限性

PHP主要采用引用计数进行内存管理，这种方式简单高效，但存在一个致命缺陷：无法处理循环引用问题。当两个或多个对象相互引用时，即使这些对象已经不再被程序使用，它们的引用计数也不会降为零，导致内存无法释放，形成内存泄漏。

垃圾回收机制的引入

PHP5.3为了解决这个问题，引入了新的垃圾回收机制(GC)。这一机制的核心思想是：通过特定的算法识别并清除引用计数无法处理的循环引用。

数据结构变更

为了实现GC，PHP对变量存储结构进行了修改：

struct _zval_struct {
    zvalue_value value;      // 变量值
    zend_uint refcount__gc;  // 引用计数(添加__gc后缀)
    zend_uchar type;         // 变量类型
    zend_uchar is_ref__gc;   // 是否引用(添加__gc后缀)
};

关键变化是在refcount和is_ref字段后添加了__gc后缀，这是为垃圾回收机制做的标记。

内存分配机制的改造

PHP通过宏定义实现了内存分配接口的抽象。在引入GC后，ALLOC_ZVAL宏的行为发生了根本性变化：

#undef ALLOC_ZVAL
#define ALLOC_ZVAL(z) \
    do { \
        (z) = (zval*)emalloc(sizeof(zval_gc_info)); \
        GC_ZVAL_INIT(z); \
    } while (0)

现在分配的不再是单纯的zval，而是更大的zval_gc_info结构体：

typedef struct _zval_gc_info {
    zval z;
    union {
        gc_root_buffer *buffered;
        struct _zval_gc_info *next;
    } u;
} zval_gc_info;

这个结构体包含：

标准的zval结构，确保兼容性
联合体u，用于GC相关操作：
- buffered：指向GC根缓冲区
- next：指向下一个zval_gc_info节点

垃圾回收机制的工作原理

配置与初始化

GC默认开启，可通过以下方式控制：

php.ini配置：zend.enable_gc=0/1
运行时函数：gc_enable()/gc_disable()
强制回收：gc_collect_cycles()

初始化时会预分配10,000个gc_root_buffer空间(硬编码值)。

颜色标记算法

PHP的GC采用四色标记法：

| 颜色 | 含义 | |--------|--------------------------| | 黑色 | 默认状态，正常对象 | | 紫色 | 已放入缓冲区 | | 灰色 | 已进行refcount减一操作 | | 白色 | 可回收的垃圾对象 |

回收过程详解

步骤B：深度优先搜索所有可能的根节点，对每个容器的引用计数减1，并用灰色标记已处理节点
步骤C：再次深度优先搜索，检查引用计数：
- 0：标记为白色(可回收)
- 0：恢复减去的引用计数，标记为黑色
步骤D：遍历根缓冲区，清除所有白色标记的变量容器

关键数据结构

全局GC控制结构zend_gc_globals包含：

typedef struct _zend_gc_globals {
    zend_bool gc_enabled;    // 是否启用GC
    zend_bool gc_active;     // 是否正在执行GC
    
    gc_root_buffer *buf;     // 预分配的缓冲区(默认10,000)
    gc_root_buffer roots;    // 循环引用可能根节点链表
    gc_root_buffer *unused;  // 未使用的缓冲区链表
    
    zend_uint gc_runs;       // GC执行次数统计
    zend_uint collected;     // 回收的垃圾数量
    // ...其他字段
} zend_gc_globals;