PHP 变量与垃圾收集机制

写在前面

通过阅读本文，我们将一起了解通过了解中PHP中的两种内存管理的机制，进一步加深对于PHP中变量的理解，其中包括：

PHP中两种垃圾收集的机制：
- reference counting;
- copy-on-write;
变量的赋值;
变量的引用;
变量范围（Scope）;

Copy-on-write 机制

我们先来看一下PHP中简单的变量赋值是怎么样的：

$what = "Fred";
$what = 35;
$what = array('Fred', '35', 'Wilma');

PHP是一种弱类型语言，变量的申明没有那么严格，因此可以随意改变值的类型，这一点相信很多读者都已经了解了；

而这个特性的具体表现就不得不提到这一节的主角： symbol table;

在PHP中，一个变量包含两部分内容：

Variable name, 变量名（e.g., $name）；
Variable value, 变量实际的值（e.g., “Fred”）；

而 symbol table 就是用来保存 变量名 : 变量值在内存中的地址, 这一对映射关系的变化，接着我们通过几个例子来具体看一下：

$worker = array("Fred", 35, "Wilma");
$other = $worker;

其中：

$worker 在赋值成功之后, symbol table 中就有了 worker 以及 数组的内存地址 的映射关系;
接着第二行代码，将 symbol table 中 other 所对应的内存地址指向 worker 映射的地址，而并不会开辟新的内存空间给 $other;

variable_name	variable_content_addr
worker	array_addr
other	worker’s address

$other[2] = "Smith"

但如果此时 $other 想要修改数组中的变量，PHP就会为 $other 分配新的地址空间来存储其指向的内容，即：

variable_name	variable_content_addr
worker	array_addr
other	new_array_addr

这里的原因就是PHP采取了第一种垃圾收集机制: copy-on-write;

即碰到多个项目拥有重复的内容时，先不进行duplicate复制，而是等到有一方需要修改数据时，才进行复制；
如此便可节省内存空间；

Reference counting

PHP中的reference引用

我们先来回顾一下PHP中的 reference, PHP官网给的定义如下：

“A PHP reference is an alias, which allows two different variables to write to the same value.”

官网说PHP中的reference是一种alias，即别名，就像一个人可以有很多称呼一样，一个内存中的值也可以有很多个变量名去表示：

$big_long_variable_name = "PHP";
$short =& $big_long_variable_name;
$big_long_variable_name .= " rocks!";
print "\$short is $short\n"; # $short is PHP rocks!
print "Long is $big_long_variable_name\n"; # Long is PHP rocks!

PHP会用 '==&' 表达式来将一个变量的引用赋值给另一个变量名，这样说还是不清晰，但我们前面已经了解了 symbol table, 那么我们就很容易来表示了:

variable_name	variable_content_addr
big_long_variable_name	variable_addr
short	variable_addr

也就是说，在 symbol table 中，两个变量名 big_long_variable_name 以及 short 都与同一个地址绑定了，如果其中的内容发生了改变，那么它们都会发生改变。

Variable Scope 变量范围

在我们介绍reference count之前，还需要一块拼图，就是变量的 Scope, 也就是变量能够作用的范围：

Local scope

PHP所定义的function中（包括嵌套的函数定义），所定义的变量，称为local variable，即本地变量；
这些变量只能在function本地被访问；

Global scope

Global 全局变量就是所有在function定义之外的变量，他们可以在PHP文件的任何地方被访问到；
在Function内部的Local scope中，可以使用global关键字来访问这些global变量： global $counter;
也可以使用超全局变量$GLOBALS来进行访问: $GLOBAL[counter];

Static variables

方法中所定义的static 变量只在同一个function中可以被访问使用；

Function parameters

function所传入的参数也只能在function内部被使用

Reference counting

现在我们就可以来说 Reference counting 到底是干什么的了，PHP会为每一个（为变量）开辟的内存地址都分配一个计数器，来统计这个地址有几个别名alias，即有几个 reference: 比如我们上面提到的 short 以及 big_long_variable_name 都可以根据 symbol table 映射到 variable_addr, 那么 variable_addr 的 reference count 就是2，而一旦这个数字变成0，那么这个内存空间就会被释放。

我们还可以使用 isset() 来查看一个变量名所映射的地址是否有值；以及 unset() 来主动地解除这种映射，从而释放内存空间。

那我们之前说的 Variable scope 变量范围如何在这个机制中体现呢？

比如在下面的这个例子中:

$x = 2的申明，让存储整型值 2 的地址的 reference count 加一了；
f(%x)的调用，生成了一个 function parameters scope的变量，同时生成了一个 reference 引用，再使 reference count 加一；
而随着方法调用的结束， $z 被释放，而其所指向的内存却不会被释放，而只是 reference count 减一，还没有到零；
而在整个php文件执行结束之后， reference count 变为0，内存才会得到释放；

function f(& $z) {
    $y = $z;
    $z = $z + 2;
}
$x = 2;
f($x);

Reference

[1] ‘PHP: Objects and references - Manual’. https://www.php.net/manual/en/language.oop5.references.php.

[2] axiac, ‘Answer to “References are not pointer in php?”’, Stack Overflow, Sep. 28, 2017. https://stackoverflow.com/a/46462286/17534765.

[3] R. L. and K. Tatroe, ‘Programming PHP’, 1-56592-610-2. https://docstore.mik.ua/orelly/webprog/php/ch02_03.htm.