Freeze/tipi项目：深入理解PHP内存管理中的缓存机制-优快云博客

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Freeze/tipi项目：深入理解PHP内存管理中的缓存机制

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

引言

在计算机系统中，缓存是一种普遍存在的优化技术，其核心思想是利用"程序执行与数据访问的局部性原理"。PHP作为一门广泛使用的脚本语言，其内存管理系统也巧妙地运用了缓存机制来提升性能。本文将深入剖析Freeze/tipi项目中PHP内存管理的缓存实现细节。

缓存的基本概念

缓存本质上是一种速度差异协调器，位于速度相差较大的两种硬件或组件之间。在PHP内存管理中，缓存的主要目的是：

减少小块内存块的频繁分配/释放操作
为最近访问的数据提供更快的访问路径
降低内存碎片化的风险

PHP内存缓存的实现要素

1. 缓存启用标识与大小限制

PHP通过ZEND_MM_CACHE宏控制是否启用缓存功能，这是一个编译时开关：

#define ZEND_MM_CACHE 1  // 1表示启用，0表示禁用

缓存的大小限制与系统架构相关，基于size_t类型的大小计算得出。例如在32位系统中：

#define ZEND_MM_NUM_BUCKETS (sizeof(size_t) << 3)  // 32
#define ZEND_MM_CACHE_SIZE (ZEND_MM_NUM_BUCKETS * 4 * 1024)  // 128KB

2. 缓存存储结构

启用缓存后，PHP在堆结构中增加了两个关键字段：

struct _zend_mm_heap {
#if ZEND_MM_CACHE
    unsigned int cached;  // 已缓存内存总量
    zend_mm_free_block *cache[ZEND_MM_NUM_BUCKETS];  // 缓存块数组
#endif
    // ...其他字段
};

这里使用了桶式缓存设计，将不同大小的内存块分类存储在不同桶中，提高查找效率。

3. 缓存初始化

在内存管理初始化时(zend_mm_init函数)，缓存相关字段会被清零：

#if ZEND_MM_CACHE
    heap->cached = 0;
    memset(heap->cache, 0, sizeof(heap->cache));
#endif

这种设计确保了缓存系统的干净启动。

缓存的工作流程

1. 内存分配时的缓存使用

当申请小块内存(<272字节)时：

计算所需内存块的大小索引
检查对应缓存桶是否有可用块
如果有则直接返回缓存块，否则走常规分配流程

这种**最近最少使用(LRU)**策略能有效提高内存分配效率。

2. 内存释放时的缓存处理

释放小块内存时，如果缓存未满，块会被放入缓存：

if (ZEND_MM_SMALL_SIZE(size) && heap->cached < ZEND_MM_CACHE_SIZE) {
    size_t index = ZEND_MM_BUCKET_INDEX(size);
    zend_mm_free_block **cache = &heap->cache[index];
    
    ((zend_mm_free_block*)mm_block)->prev_free_block = *cache;
    *cache = (zend_mm_free_block*)mm_block;
    heap->cached += size;
    // ...设置魔术字等操作
}

这种设计实现了释放即缓存的策略，为后续分配提供了快速通道。