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19 Sep 08 深入理解PHP原理之变量分离/引用(Variables Separation)

在前面的文章中我已经介绍了PHP的变量的内部表示(深入理解PHP原理之变量(Variables inside PHP)),以及PHP中作用域的实现机制(深入理解PHP原理之变量作用域(Scope inside PHP))。这节我们就接着前面的文章,继续介绍PHP中变量分离和引用的概念:

首先我们回顾一下zval的结构:

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 = "laruence";
   $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9字节的内存,保存了字符串”laruence”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:

我们之前讲过,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”laruence”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。
PHP提供了一个函数可以帮助我们了解这个过程debug_zval_dump:

<?php
 $var = 1;
 debug_zval_dump($var);
 $var_dup = $var;
 debug_zval_dump($var);
?>

输出:

long(1) refcount(2)
long(1) refcount(3)

如果你奇怪 ,var的refcount应该是1啊?
我们知道,对于简单变量,PHP是以传值的形式穿参数的。也就是说,当执行debug_zval_dump($var)的时候,$var会以传值的方式传递给debug_zval_dump,也就是会导致var的refcount加1,所以我们只要能看到,当变量赋值给一个变量以后,能导致zval的refcount加1这个事实即可。

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 = "laruence";
   $var_dup = $var;
   unset($var);
   debug_zval_dump($var_dup);
?>

输出:

string(8) "laruence" refcount(2)

但是,对于下面的代码呢?

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

很明显在这段代码执行以后,$var_dup的值应该还是”laruence”, 那么这又是怎么实现的呢?
这就是PHP的copy on write机制:
PHP在修改一个变量以前,会首先查看这个变量的refcount,如果refcount大于1,PHP就会执行一个分离的例程, 对于上面的代码,当执行到第三行的时候,PHP发现$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)。

上代码测试:

<?php
   $var = "laruence";
   $var_dup = $var;
   $var = 1;
   debug_zval_dump($var);
   debug_zval_dump($var_dup);
?>

输出:

long(1) refcount(2)
string(8) "laruence" refcount(2)

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 = "laruence";
   $var_ref = &$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,问题又来了,对于如下的代码,又会怎样呢?

<?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;

基于这样的分析,我们就可以让debug_zval_dump出refcount为1的结果来:

<?php
	$var = "laruence";
    $var_dup = &$var;
	debug_zval_dump($var);
?>

输出:

string(8) "laruence" refcount(1)

详细原因,读者你只要稍加分析就能得出,我就不越俎代庖了。;)

这次我们介绍了PHP的变量分离机制,下次我会继续介绍如果在扩展中接收和传出PHP脚本中的参数。另外,因为最近变动比较大(换工作),所以抱歉这么长时间才有更新。


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65 Responses to “深入理解PHP原理之变量分离/引用(Variables Separation)”

Pages: [2] 1 » Show All

  1. twang |

    非常感谢对于
    $var = “laruence”;
    $var_dup = $var;
    $var_ref = &$var;
    的讲解.

  2. 庆宇 |

    看了又看,看了又看,搞懂了。向大触学习!

  3. liangbopirates |

    最后的引用确实是1,因为当执行debug_zval_dump($var)的时候,$var会以传值的方式传递给debug_zval_dump,此参数不是以引用传递的,导致引用变量分离,debug_zval_dump收到的传参var已经和var、var_dup 分离了,所以才变成了1。(琢磨了好久)

  4. angusty |

    不计算代码,正文第六行,PHP必须尽量介绍内存占用率,介绍 应该为 减少 吧.

  5. dongjie |

    就是你说的,从要我们自己推导的那个开始的,倒数第二个,你说引用是2,在分离之后引用按你所说因该是0,笔误么?

  6. dongjie |

    你好啊,你最后的那个,那个

    最后$var 的引用应该是0吧?是么?

  7. PHP内核探索之变量(1)Zval | 可维博客 |

    [...] 鸟哥的深入变量引用/分离  http://www.laruence.com/2008/09/19/520.html [...]

  8. PHP内存管理:谁动了我的内存 - php - AreCoders为序网 |

    [...] 还要结合引用和计数, 这部分的内容请参看我之前的文章深入理解PHP原理之变量分离/引用), 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, [...]

  9. 星星 |

    文中 ”面的这段代码公要申请18个” 的 公要 应该是 需要 吧

  10. Hermes Outlet Shop Paris |

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    没有一定的C功底,做到彻底掌握确实很难啊

  13. 梦康 |

    $a = 1;
    $b = &$a;
    debug_zval_dump($a);//long(1) refcount(1)
    ….不明白了,没有引用的时候照boss的博客文章的意思是2,引用了下,变成了1了。

  14. mengkang |

    因为一个引用的题目而来,不过还是没有找到答案,却发现别的知识。。。

  15. xsir317 |

    对着php-internals+源码+鸟哥的博客来回倒腾着看,终于算是理清了(自以为理清了)思路,有进步 :)

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