(PHP7内核剖析-3) 变量
1.变量结构
typedef struct _zval_struct zval;typedef union _zend_value {zend_long lval; //int整形double dval; //浮点型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; //引用类型,通过&$var_name定义的
} zend_value;struct _zval_struct {zend_value value; //变量实际的valueunion {struct {ZEND_ENDIAN_LOHI_4( zend_uchar type, //变量类型zend_uchar type_flags, //类型掩码,不同的类型会有不同的几种属性,内存管理会用到zend_uchar const_flags,zend_uchar reserved)} v;uint32_t type_info; //上面4个值的组合值,可以直接根据type_info取到4个对应位置的值} u1;union {uint32_t var_flags;uint32_t next; //哈希表中解决哈希冲突时用到 uint32_t cache_slot; uint32_t lineno; uint32_t num_args; uint32_t fe_pos; uint32_t fe_iter_idx;} u2;
};
2.变量类型
#define IS_UNDEF 0
#define IS_NULL 1
#define IS_FALSE 2
#define IS_TRUE 3
#define IS_LONG 4
#define IS_DOUBLE 5
#define IS_STRING 6
#define IS_ARRAY 7
#define IS_OBJECT 8
#define IS_RESOURCE 9
#define IS_REFERENCE 10
其中undef、true、false、null没有value,直接根据type区分,而long、double的值则直接存在value中,其他类型为指针
3.字符串
typedef struct _zend_string zend_string;struct _zend_string {zend_refcounted_h gc; //变量引用信息,比如当前value的引用数size_t len; //字符串长度,通过这个值保证二进制安全char val[1]; //字符串内容,变长struct,分配时按len长度申请内存
};
4.数组
typedef struct _zend_array HashTable;
typedef struct _zend_array zend_array;typedef struct _Bucket {zval val; //存储的具体value,这里嵌入了一个zval,而不是一个指针zend_ulong h; //哈希值zend_string *key; //key值
} Bucket;struct _zend_array {zend_refcounted_h gc; //引用计数信息uint32_t nTableMask; //计算bucket索引时的掩码,用于散列表的计算nIndexBucket *arData; //bucket数组uint32_t nNumUsed; //已用bucket数uint32_t nNumOfElements; //已有元素数,nNumOfElements <= nNumUsed,因为删除的并不是直接从arData中移除uint32_t nTableSize; //数组的大小,为2^n,默认为8uint32_t nInternalPointer; //数值索引,用于HashTable遍历zend_long nNextFreeElement;//下一个空闲可用位置的数字索引dtor_func_t pDestructor;//析构函数,销毁时调用的函数指针
};
HashTable主要依赖arData实现元素的存储、索引。插入一个元素时先将元素按先后顺序插入Bucket数组,位置是idx,再根据key的哈希值映射到散列表中的某个位置nIndex,将idx存入这个位置;查找时先在散列表中映射到nIndex,得到value在Bucket数组的位置idx,再从Bucket数组中取出元素。
$arr["a"] = 1;
$arr["b"] = 2;
$arr["c"] = 3;
$arr["d"] = 4;unset($arr["c"]);
哈希碰撞:当出现冲突时将原value的位置保存到新value的zval.u2.next中,然后将新value代替原value位置
扩容:PHP散列表的大小为2^n,插入时如果容量不够则首先检查已删除元素所占比例,如果达到阈值,则将已删除元素移除,重建索引,如果未到阈值则进行扩容操作,扩大为当前大小的2倍,将当前Bucket数组复制到新的空间,然后重建索引。
重建散列表:当删除元素达到一定数量或扩容后都需要重建散列表,因为value在Bucket位置移动了或哈希数组nTableSize变化了导致key与value的映射关系改变,重建过程实际就是遍历Bucket数组中的value,然后重新计算映射值更新到散列表,移除已删除的value,将后面未删除的value依次前移
5.引用
引用是PHP中比较特殊的一种类型,它实际是指向另外一个PHP变量,对它的修改会直接改动实际指向的zval,可以简单的理解为C中的指针,在PHP中通过&操作符产生一个引用变量,也就是说不管以前的类型是什么,&首先会创建一个zend_reference结构,其内嵌了一个zval,这个zval的value指向原来zval的value(如果是布尔、整形、浮点则直接复制原来的值),然后将原zval的类型修改为IS_REFERENCE,原zval的value指向新创建的zend_reference结构。
typedef struct _zend_reference zend_reference;struct _zend_reference {zend_refcounted_h gc;zval val;
};
6.引用计数
typedef struct _zend_refcounted_h {uint32_t refcount; union {struct {ZEND_ENDIAN_LOHI_3(zend_uchar type,zend_uchar flags, uint16_t gc_info) } v;uint32_t type_info;} u;
} zend_refcounted_h;
$a = "time:" . time(); //$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)
并不是所有的数据类型都会用到引用计数,long、double直接都是硬拷贝,只有value是指针的那几种类型(除interned string,immutable array)才能用到引用计数。可由zval.u1.type_flag判断
7.写时复制
$a = array(1,2);
$b = &$a;
$c = $a;//发生分离
$b[] = 3;
事实上只有string、array两种支持,
8.垃圾回收
PHP变量的回收主要有两种:主动销毁、自动销毁。主动销毁指的就是 unset ,而自动销毁就是PHP的自动管理机制,在return时减掉局部变量的refcount,即使没有显式的return,PHP也会自动给加上这个操作,另外一个就是写时复制时会断开原来value的指向,这时候也会检查断开后旧value的refcount。
$a = [1];
$a[] = &$a;unset($a);
unset($a)之前引用关系:
unset($a)之后:
可以看到,unset($a)之后由于数组中有子元素指向$a,所以refcount > 0,无法通过简单的gc机制回收,这种变量就是垃圾,垃圾回收器要处理的就是这种情况,目前垃圾只会出现在array、object两种类型中,所以只会针对这两种情况作特殊处理:当销毁一个变量时,如果发现减掉refcount后仍然大于0,且类型是IS_ARRAY、IS_OBJECT则将此value放入gc可能垃圾双向链表中,等这个链表达到一定数量后启动检查程序将所有变量检查一遍,如果确定是垃圾则销毁释放。
目前只有object、array两种类型会使用这种机制。
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