PHP中的unset方法究竟能否释放内存

1.有人说

今天写着写着代码用到了unset所以想整理一下.

有的人说PHP的unset并不真正释放内存, 有的说, PHP的unset只是在释放大变量(大量字符串, 大数组)的时候才会真正free内存, 更有人说, 在PHP层面讨论内存是没有意义的.
也有人说:
unset()函数只能在变量值占用内存空间超过256字节时才会释放内存空间。
只有当指向该变量的所有变量(如引用变量)都被销毁后,才会释放内存。

2.辟谣,测试环境php7.2

第一个例子

$s=str_repeat('1',255); //产生由255个1组成的字符串
$m=memory_get_usage(); //获取当前占用内存
unset($s);
$mm=memory_get_usage(); //unset()后再查看当前占用内存
echo $m-$mm;

结果

➜  sites php index.php
320

第二个例子,和第一个例子一样,只不过产生10个

$s=str_repeat('1',10); //产生由255个1组成的字符串
$m=memory_get_usage(); //获取当前占用内存
unset($s);
$mm=memory_get_usage(); //unset()后再查看当前占用内存
echo $m-$mm;

结果

➜  sites php index.php
48

说明unset释放了内存,也并没有256字节的限制。

第三个例子

$s=str_repeat('1',256); //这和第二个例子完全相同
$p=&$s;
$m=memory_get_usage();
unset($s); //销毁$s
$mm=memory_get_usage();
echo $p."\n";
echo $m-$mm;

结果

➜  sites php index.php
1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
0

说明这个例子并没有释放内存。

3.php变量的内存分配

简介

首先我们要知道php的内存分配是隐式的,并不像c语言那样显示调用内存分配API就会分配内存。
比如我们 定义变量:$i = 'How are you!';
隐式分配有两个过程:1.为变量分配内存,存入符号表。2 .为变量值分配内存。
PHP是一个弱类型,动态的脚本语言。所谓弱类型,就是说PHP并不严格验证变量类型(严格来讲,PHP是一个中强类型语言,这部分内容会在以后的文章中叙述),在申明一个变量的时候,并不需要显示指明它保存的数据的类型:

  $var = 1; //int
  $var = "laruence"; //string
  $var = 1.0002; //float
  $var = array(); // array
  $var = new Exception('error'); //object;

动态语言,就是说,PHP的语言结构在运行期是可以改变的,比如我们在运行期require一个函数定义文件,从而导致语言的函数表动态的改变。
所谓脚本语言,就是说,PHP并不是独立运行的,要运行PHP我们需要PHP解析器。PHP的执行是通过Zend engine(ZE, Zend引擎), ZE是用C编写的,大家都知道C是一个强类型语言,也就是说,在C中所有的变量在它被声明到最终销毁,都只能保存一种类型的数据。 那么PHP是如何在ZE的基础上实现弱类型的呢?

在PHP中,所有的变量都是用一个结构-zval来保存的, 在Zend/zend.h中我们可以看到zval的定义:

typedef struct _zval_struct {
    zvalue_value value; // 值
    zend_uint refcount; // 赋值的次数
    zend_uchar type; // 存放类型
    zend_uchar is_ref; // 是否引用了0,1
  } zval;

首先介绍zvalue_value,其中zvalue_value是真正保存数据的关键部分,现在到了揭晓谜底的时候了,PHP是如何在ZE的基础上实现弱类型的呢? 因为zvalue_value是个联合体(union),

typedef union _zvalue_value {
    long lval;
    double dval;
    struct {
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;
    zend_object_value obj;
} zvalue_value;

那么这个结构是如何储存PHP中的多种类型的呢?
PHP中常见的变量类型有:

1. 整型/浮点/长整型/bool值 等等
2. 字符串
3. 数组/关联数组
4. 对象
5. 资源

PHP根据zval中的type字段来储存一个变量的真正类型,然后根据type来选择如何获取zvalue_value的值,比如对于整型和bool值:

 zval.type = IS_LONG;//整形
 zval.type = IS_BOOL;//布尔值

就去取zval.value.lval,对于bool值来说lval∈(0|1);
如果是双精度,或者float则会去取zval.value的dval。
而如果是字符串,那么:这个时候,就会取:
zval.value.str
而这个也是个结构,存有C分格的字符串和字符串的长度。
而对于数组和对象,则type分别对应IS_ARRAY, IS_OBJECT, 相对应的则分别取zval.value.ht和obj
比较特别的是资源,在PHP中,资源是个很特别的变量,任何不属于PHP内建的变量类型的变量,都会被看作成资源来进行保存,比如,数据库句柄,打开的文件句柄等等。 对于资源:

type = IS_RESOURCE

这个时候,会去取zval.value.lval, 此时的lval是个整型的指示器, 然后PHP会再根据这个指示器在PHP内建的一个资源列表中查询相对应的资源,目前,你只要知道此时的lval就好像是对应于资源链表的偏移值。

 ZEND_FETCH_RESOURCE(con, type, zval *, default, resource_name, resource_type);

借用这样的机制,PHP就实现了弱类型,因为对于ZE的来说,它所面对的永远都是同一种类型,那就是zval。

php就是这样实现了弱类型,那变量内存究竟是如何分配的呢?
ZE是如何把我的变量var和内部结构zval联系起来的呢?
PHP内部都是使用zval来表示变量的,但是对于上面的脚本,我们的变量是有名字的, var。而zval中并没有相应的字段来体现变量名。

如果你想到了PHP内部一定有一个机制,来实现变量名到zval的映射。
在PHP中,所有的变量都会存储在一个数组中(确切的说是hash table), 并且,PHP也是通过不同的数组来实现变量的作用域的。
当你创建一个变量的时候,PHP会为这个变量分配一个zval,填入相应的变量值,然后将这个变量的名字,和指向这个zval的指针填入一个数组中。然后,当你获取这个变量的时候,PHP会通过查找这个数组,获得对应的zval。

查看_zend_executor_globals结构(这个结构在PHP的执行器保存一些执行相关的上下文信息)

struct _zend_executor_globals {
 
     ....
    HashTable *active_symbol_table;/*活动符号表*/
    HashTable symbol_table;     /*全局符号表*/
 
    HashTable included_files;   
 
    jmp_buf *bailout;
    int error_reporting;
     .....
}

其中,全局符号表,保存了在顶层作用域(就是不在任何函数,对象内)的变量。每当调用一个函数(对象的方法)的时候,就会为这个函数创建一个活动符号表,所有在这个函数内定义的变量,都会保存在这个活动符号表中。
对,这就是PHP的变量作用域的实现方式! 举个列子

  <?php
     $var = "I am in the global symbol table";
    function sample($para){
        $var = "I am in the active symbol table";
          echo $var;
      }
    sample($var);
    echo $var;
  ?>

在函数sample外面的变量$var,它会被填入全局符号表中,与他对应的有一个zval指针,这个zval保存了一个字符串”I am in the global symbol table”.
函数内的$var, 它会被填入属于函数sample的活动符号表中,一样的,与他对应的zval中,保存着字符串”I am in the active symbol table
比较特殊的,就是函数sample的参数para了,这个para是保存在sample的活动符号表的,但是与他对应的zval指针,会指向一个保存一份全局变量$var的copy的zval(严格来讲不是copy,是引用,这个涉及到变量的copy on write机制,我会在以后介绍)。

我们来回顾:

struct _zval_struct {
        /* Variable information */
        zvalue_value value;             /* value */
        zend_uint refcount;
        zend_uchar type;        /* active type */
        zend_uchar is_ref;
};

其中的refcount和is_ref字段我们一直都没有介绍过,我们知道PHP是一个长时间运行的服务器端的脚本解释器。那么对于它来说,效率和资源占用率是一个很重要的衡量标准,也就是说,PHP必须尽量介绍内存占用率,考虑下面这段代码:

<?php
   $var = "How are you";
   $var_dup = $var;
   unset($var);
?>

第一行代码创建了一个字符串变量,申请了一个大小为12字节的内存,保存了字符串”how are you”和一个NULL(\0)的结尾。
第二行定义了一个新的字符串变量,并将变量var的值”复制”给这个新的变量。
第三行unset了变量var
这样的代码在我们平时的脚本中是很常见的,如果PHP对于每一个变量赋值都重新分配内存,copy数据的话,那么上面的这段代码公要申请18个字节的内存空间,而我们也很容易的看出来,上面的代码其实根本没有必要申请俩份空间,呵呵,PHP的开发者也看出来了:

PHP中的变量是用一个存储在symbol_table中的符号名,对应一个zval来实现的,比如对于上面的第一行代码,会在symbol_table中存储一个值”var”, 对应的有一个指针指向一个zval结构,变量值”how are you”保存在这个zval中,所以不难想象,对于上面的代码来说,我们完全可以让”var”和”var_dup”对应的指针都指向同一个zval就可以了。PHP也是这样做的,这个时候就需要介绍我们之前一直没有介绍过的zval结构中的refcount字段了。
refcount,顾名思义,记录了当前的zval被引用的计数。
比如对于代码:

<?php $var = 1; $var_dup = $var; ?>

第一行,创建了一个整形变量,变量值是1。 此时保存整形1的这个zval的refcount为1。
第二行,创建了一个新的整形变量,变量也指向刚才创建的zval,并将这个zval的refcount加1,此时这个zval的refcount为2。

现在我们回头看文章开头的代码, 当执行了最后一行unset($var)以后,会发生什么呢? 对,既是refcount减1,上代码:

<?php
   $var = "how are you";
   $var_dup = $var;
   unset($var);
?>

这就是PHP的copy on write机制:
PHP在修改一个变量以前,会首先查看这个变量的refcount,如果refcount大于1,PHP就会执行一个分离的例程, 对于上面的代码,当执行到第三行的时候,PHP发现var指向的zval的refcount大于1,那么PHP就会复制一个新的zval出来,将原zval的refcount减1,并修改symbol_table,使得var和$var_dup分离(Separation)。这个机制就是所谓的copy on write(写时复制)。

现在我们知道,当使用变量复制的时候 ,PHP内部并不是真正的复制,而是采用指向相同的结构来尽量节约开销。那么,对于PHP中的引用,那又是如何实现呢?

<?php
   $var = "how are you";
   $var_ref = &$var;
   $var_ref = 1;
?>

这段代码结束以后,var也会被间接的修改为1,这个过程称作(change on write:写时改变)。那么ZE是怎么知道,这次的复制是不需要Separation的呢? 这个时候就要用到zval中的is_ref字段了: 对于上面的代码,当第二行执行以后,var所代表的zval的refcount变为2,并且同时置is_ref为1。
到第三行的时候,PHP先检查var_ref代表的zval的is_ref字段,如果为1,则不分离,大体逻辑示意如下:

if((*val)->is_ref || (*val)->refcount<2){
          //不执行Separation
        ... ;//process
  }

但是:

<?php
   $var = "laruence";
   $var_dup = $var;
   $var_ref = &$var;
?>

对于上面的代码,存在一对copy on write的变量var和var_dup, 又有一对change on write机制的变量对var和var_ref,这个情况又是如何运作的呢?
当第二行执行的时候,和前面讲过的一样,var_dup 和var 指向相同的zval, refcount为2.
当执行第三行的时候,PHP发现要操作的zval的refcount大于1,则,PHP会执行Separation, 将var_dup分离出去,并将var和$var_ref做change on write关联。也就是,refcount=2, is_ref=1;
所以不要怀疑unset的释放内存的能力,但这个释放不是C编程意义上的释放, 不是交回给OS.对于PHP来说, 它自身提供了一套和C语言对内存分配相似的内存管理API:

emalloc(size_t size);
efree(void *ptr);
ecalloc(size_t nmemb, size_t size);
erealloc(void *ptr, size_t size);
estrdup(const char *s);
estrndup(const char *s, unsigned int length);

这些API和C的API意义对应, 在PHP内部都是通过这些API来管理内存的.

当我们调用emalloc申请内存的时候, PHP并不是简单的向OS要内存, 而是会像OS要一个大块的内存, 然后把其中的一块分配给申请者, 这样当再有逻辑来申请内存的时候, 就不再需要向OS申请内存了, 避免了频繁的系统调用.

同样的, 在我们调用efree释放内存的时候, PHP也不会把内存还给OS, 而会把这块内存, 归入自己维护的空闲内存列表. 而对于小块内存来说, 更可能的是, 把它放到内存缓存列表中去(后记, 某些版本的PHP, 比如我验证过的PHP5.2.4, 5.2.6, 5.2.8, 在调用get_memory_usage()的时候, 不会减去内存缓存列表中的可用内存块大小, 导致看起来, unset以后内存不变,)但是 php5.5验证,会减少内存。.

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