PHP Academy · 课时

内存管理与垃圾回收

Q: 「内存管理与垃圾回收」这节课中我会学到什么？

了解 zval、引用计数和垃圾回收器的工作方式 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 PHP Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

了解 zval、引用计数和垃圾回收器的工作方式

第 2 / 4 课13 个步骤

内存管理与垃圾回收 是 CoddyKit 上的免费 PHP Academy 课时。这是第 2 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 PHP Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 PHP Academy 课程共包含 4 节课。

PHP 如何管理内存

PHP 值存储在 zval 容器中，主要通过引用计数管理，并通过循环收集器处理引用计数无法处理的情况。理解这一点有助于您理解长时间运行的工作进程中的内存泄漏、复制的开销，以及何时需要使用 gc_collect_cycles()。

zval 容器

zval 是任何 PHP 值的容器：其中包含类型标签和用于存储值的联合体。标量（整数、浮点数和布尔值）在 zval 内部按值存储，并且 NOT 参与引用计数。复杂类型（字符串、数组和对象）则指向堆上的引用计数结构。

<?php
// debug_zval_refcount-style inspection via gc + count
$arr = [1, 2, 3];
$copy = $arr;   // refcount of the array bumps, no data copy yet (CoW)

// Modifying triggers copy-on-write separation
$copy[] = 4;

var_dump($arr);   // still [1,2,3]
var_dump($copy);  // [1,2,3,4]
?>

引用计数

每个采用引用计数的值都会记录指向它的 zval 数量。赋值会增加计数；取消设置变量或离开作用域会减少计数。当计数达到零时，内存会立即释放——无需等待垃圾收集轮次。PHP 的大部分内存都通过这种方式回收。

<?php
$a = str_repeat('x', 1000);  // refcount 1 on the string
$b = $a;                      // refcount 2
unset($a);                    // refcount 1
unset($b);                    // refcount 0 -> freed instantly

echo "Refcounting frees deterministically\n";
?>

写时复制

赋值不会复制数据，而是共享数据并增加引用计数（写时复制）。只有在首次写入共享值时，才会真正进行复制。因此，在修改大型数组之前，传递它们的成本很低。

<?php
$big = range(1, 100000);
$shared = $big;          // O(1): shared, refcount++

// Reads stay shared and cheap
echo count($shared), PHP_EOL;

// First write separates (copies) — now it costs O(n)
$shared[0] = -1;
echo $big[0], ' vs ', $shared[0], PHP_EOL;  // 1 vs -1
?>

问题：循环引用

仅靠引用计数无法释放引用循环。如果对象 A 持有对 B 的引用，而 B 又反过来持有对 A 的引用，那么即使您取消设置所有外部变量，它们的计数也永远不会降到零——直到循环收集器运行之前，这部分内存都会泄漏。

<?php
class Node { public ?Node $ref = null; }

$a = new Node();
$b = new Node();
$a->ref = $b;   // a -> b
$b->ref = $a;   // b -> a  (cycle!)

unset($a, $b);  // external refs gone, but internal cycle keeps refcount > 0

// The objects are unreachable but NOT yet freed by refcounting alone.
echo gc_collect_cycles() . " cycles collected\n";
?>

循环收集器

PHP 的垃圾收集器实现了针对根的同步标记-清除算法。潜在的循环根（引用计数减少但未降为零的值）会被放入缓冲区。当根缓冲区填满时（默认容量为 10,000），垃圾收集器会运行：它会模拟引用计数递减，找出真正不可达的对象组并释放它们。

<?php
// GC status exposes the root buffer and run stats
for ($i = 0; $i < 3; $i++) {
    $a = new stdClass();
    $b = new stdClass();
    $a->b = $b; $b->a = $a;   // create a cycle
    unset($a, $b);            // becomes a GC root
}

print_r(gc_status());
?>

控制垃圾回收

您可以控制收集器：gc_disable()/gc_enable() 用于切换其状态，gc_collect_cycles() 会强制执行一次回收并返回释放的数量。在吞吐量关键的批处理任务中，有时会在紧密执行阶段禁用垃圾回收，然后在末尾统一回收一次。

<?php
gc_disable();              // no automatic cycle collection

// ... heavy phase that creates and drops many cycles ...
for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
    $x = new stdClass(); $y = new stdClass();
    $x->y = $y; $y->x = $x; unset($x, $y);
}

$freed = gc_collect_cycles();   // reclaim all at once
gc_enable();
echo "Freed $freed objects\n";
?>

长时间运行的工作进程

在 CLI 守护进程、队列消费者以及 Swoole/RoadRunner 工作进程中，内存不会通过请求结束流程回收，因为进程会持续运行数小时。请注意以下问题：无限增长的静态缓存、不断累积的循环引用，以及未关闭的资源。请使用 memory_get_usage(true) 监控内存，并定期重启工作进程。

<?php
$peakStart = memory_get_usage(true);

// Simulate processing a batch of jobs
for ($job = 0; $job < 5; $job++) {
    $payload = range(0, 10000);
    // ... process ...
    unset($payload);
}

printf("start: %d KB, peak: %d KB, now: %d KB\n",
    $peakStart >> 10,
    memory_get_peak_usage(true) >> 10,
    memory_get_usage(true) >> 10
);
?>

WeakReference 与 WeakMap

如果您想缓存对象相关的数据，或将数据与对象关联起来，同时又不让对象保持存活，请使用 WeakReference（8.0）和 WeakMap（8.0）。WeakMap 条目不会增加键对象的引用计数，因此对象可以被回收，其条目也会自动移除——这非常适合用于不能造成泄漏的元数据辅助表。

<?php
$map = new WeakMap();

$obj = new stdClass();
$map[$obj] = 'metadata';      // does NOT keep $obj alive

echo count($map) . PHP_EOL;   // 1
unset($obj);                  // object collectible -> entry removed
echo count($map) . PHP_EOL;   // 0
?>

驻留字符串与不可变值

源代码中的字符串字面量是驻留的：它们只存储一次，可以共享，并且在请求期间永远不会参与引用计数或被释放。OPcache 会将驻留字符串和不可变的（已缓存的）op_arrays 移入共享内存，使其能够跨请求共享。因此，复制字符串字面量的成本实际上为零。

内存限制与分配器

PHP 使用自己的 emalloc 分配器（Zend 内存管理器），构建在系统分配器之上，并根据 memory_limit 跟踪每次请求的内存使用量。达到限制时会抛出致命错误。true 位于 memory_get_usage(true) 中时，会报告 OS 实际分配的内存块，而不仅仅是脚本当前持有的内存。

<?php
echo 'limit: ' . ini_get('memory_limit') . PHP_EOL;
echo 'emalloc usage: ' . memory_get_usage() . " bytes\n";   // ZendMM tracked
echo 'real usage:    ' . memory_get_usage(true) . " bytes\n"; // from OS
?>

快速检查

为什么仅靠引用计数会导致某些对象泄漏？

在交互式课程中回答

回顾

PHP 将值存储在 zval 容器中；标量按值存储，复杂类型在堆上分配并采用引用计数管理，同时支持写时复制。引用计数在计数为零时能够确定性地释放内存，但无法回收循环引用，因此同步标记-清除收集器会在根缓冲区填满时运行（也可以通过 gc_collect_cycles() 运行）。请使用 WeakMap/WeakReference 建立非拥有式关联，并留意长时间运行的工作进程是否出现无限增长。

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常见问题解答

「内存管理与垃圾回收」课时是免费的吗？

是的 — 「内存管理与垃圾回收」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 PHP Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 PHP Academy 课程共包含 4 节课。

「内存管理与垃圾回收」这节课中我会学到什么？

了解 zval、引用计数和垃圾回收器的工作方式你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 PHP Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 PHP Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 PHP Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 2 节课，共 4 节。

「内存管理与垃圾回收」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 PHP Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 PHP Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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