php变量的实现
1.php变量的实现
变量名 zval ，变量值 zend_value,php7的变量内存管理的引用计数 在zend_value结构上，变量的操作也都是zend_value实现的。
//zend_types.h typedef struct _zval_struct zval; typedef union _zend_value { zend_long lval; //int整形 double dval; //浮点型 zend_refcounted *counted; 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_ast_ref *ast; //下面几个都是内核使用的value zval *zv; void *ptr; zend_class_entry *ce; zend_function *func; struct { uint32_t w1; uint32_t w2; } ww; } zend_value; struct _zval_struct { zend_value value; //变量实际的value union { struct { ZEND_ENDIAN_LOHI_4( //这个是为了兼容大小字节序，小字节序就是下面的顺序，大字节序则下面4个顺序翻转 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) //call info，zend执行流程会用到 } 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; /* literal cache slot */ uint32_t lineno; /* line number (for ast nodes) */ uint32_t num_args; /* arguments number for EX(This) */ uint32_t fe_pos; /* foreach position */ uint32_t fe_iter_idx; /* foreach iterator index */ } u2; //一些辅助值 };
zval结构比较简单，内嵌一个union类型的zend_value保存具体变量类型的值或指针，zval中还有两个union：u1、u2:
u1： 它的意义比较直观，变量的类型就通过u1.v.type区分，另外一个值type_flags为类型掩码，在变量的内存管理、gc机制中会用到，第三部分会详细分析，至于后面两个const_flags、reserved暂且不管
u2： 这个值纯粹是个辅助值，假如zval只有:value、u1两个值，整个zval的大小也会对齐到16byte，既然不管有没有u2大小都是16byte，把多余的4byte拿出来用于一些特殊用途还是很划算的，比如next在哈希表解决哈希冲突时会用到，还有fe_pos在foreach会用到......
从zend_value可以看出，除long、double类型直接存储值外，其它类型都为指针，指向各自的结构。
zval.u1.type类型
/* regular data types */ #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 /* constant expressions */ #define IS_CONSTANT 11 #define IS_CONSTANT_AST 12 /* fake types */ #define _IS_BOOL 13 #define IS_CALLABLE 14 /* internal types */ #define IS_INDIRECT 15 #define IS_PTR 17
简单的类型是true、false、long、double、null，其中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
字符串结构
struct _zend_string { zend_refcounted_h gc; zend_ulong h; /* hash value */ size_t len; char val[1]; };
- gc： 变量引用信息，比如当前value的引用数，所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构，3.1节会详细分析
- h： 哈希值，数组中计算索引时会用到
- len： 字符串长度，通过这个值保证二进制安全
- val： 字符串内容，分配时按len长度申请内存
字符串分类：
IS_STR_PERSISTENT(通过malloc分配的)
IS_STR_INTERNED(php代码里写的一些字面量，比如函数名、变量值)
IS_STR_PERMANENT(永久值，生命周期大于request)
IS_STR_CONSTANT(常量)
IS_STR_CONSTANT_UNQUALIFIED
数组结构 php数组的底层结构是hashTabe (php内核的函数 类 文件索引表 全局符号表页都是用hash结构实现的)
hash结构根据hash码进行访问的key-value数据结构，根据key映射函数直接索引到value，采用直接寻址直接映射key到内存地址，查找的期望时间O(1)
typedef struct _zend_array HashTable; struct _zend_array { zend_refcounted_h gc; //引用计数信息，与字符串相同 union { struct { ZEND_ENDIAN_LOHI_4( zend_uchar flags, zend_uchar nApplyCount, zend_uchar nIteratorsCount, zend_uchar reserve) } v; uint32_t flags; } u; uint32_t nTableMask; //计算bucket索引时的掩码 Bucket *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 uint32_t nInternalPointer; //数值索引 zend_long nNextFreeElement; dtor_func_t pDestructor; };
arData指向存储元素数组的第一个Bucket，插入元素时按顺序 依次插入 数组，比如第一个元素在arData[0]、第二个在arData[1]...arData[nNumUsed]。PHP数组的有序性正是通过arData保证的，arData并不是按key映射的散列表,列表在ht->arData内存之前，分配内存时这个散列表与Bucket数组一起分配,arData向后移动到了Bucket数组的起始位置，并不是申请内存的起始位置，这样散列表可以由arData指针向前移动访问到，即arData[-1]、arData[-2]、arData[-3]......散列表的结构是uint32_t，它保存的是value在Bucket数组中的位置。
hash碰撞 不同的key可能计算得到相同的哈希值(数值索引的哈希值直接就是数值本身)，但是这些值又需要插入同一个散列表。一般解决方法是将Bucket串成链表，查找时遍历链表比较key。
数组扩容 容量不够时检查 删除元素的比例，达到一个阈值时重建索引，没有达到时直接扩容为当前大小的两倍，复制bucket到新的内存空间重建索引
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。
hash元素删除 一个元素从哈希表删除时并不会将对应的Bucket移除，而是将Bucket存储的zval修改为IS_UNDEF，只有扩容时发现nNumOfElements与nNumUsed相差达到一定数量(这个数量是:ht->nNumUsed - ht->nNumOfElements > (ht->nNumOfElements >> 5))时才会将已删除的元素全部移除，重新构建哈希表 。
对象/资源结构
struct _zend_object { zend_refcounted_h gc; uint32_t handle; zend_class_entry *ce; //对象对应的class类 const zend_object_handlers *handlers; HashTable *properties; //对象属性哈希表 zval properties_table[1]; }; struct _zend_resource { zend_refcounted_h gc; int handle; int type; void *ptr; };
对象比较常见，资源指的是tcp连接、文件句柄等等类型，这种类型比较灵活，可以随意定义struct，通过ptr指向。
引用类型结构
struct _zend_reference { zend_refcounted_h gc; zval val; };
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，但是PHP中的 引用只可能有一层 ，不会出现一个引用指向另外一个引用的情况 ，也就是没有C语言中指针的指针的概念。
2.内存管理
引用计数 使用的是refcount字段，变量复制和函数传参的时候直接refcount++，销毁变量refcount--,refcount=0销毁变量。
简单的标量数据类型不会用到引用计数直接是硬拷贝，只有value是指针的数据类型使用引用计数。
字符串的内部字符串类型不会用到引用计数，函数名 类名 静态字符串 变量名等字面量都是这种数据类型
写时复制
引用计数之后，如果其中一个变量试图更改value的内容则会重新拷贝一份value修改，同时断开旧的指向。
变量回收 主动销毁(unset)、自动销毁（）
PHP变量的回收是根据refcount实现的，当unset、return时会将变量的引用计数减掉，如果refcount减到0则直接释放value，这是变量的简单gc过程，但是实际过程中array、object两种类型中出现gc无法回收导致内存泄漏的bug。
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(缓冲buffer)中，等这个链表达到一定数量(10000个值)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。
遍历 buffer链表，把value标记 灰色-》 深度遍历value成员 refcount-- 标记灰色 -》 再次遍历buffer链表检查value的refcount是否是0 -》 是0表示是垃圾标记为白色，不是0表示不是垃圾 -》深度遍历不是0的value把所有成员变量的refcount++标记为黑色 -〉遍历buffer把白色的几点删除 清除这些垃圾
