PHP之写时复制介绍（写时复制)

在开始之前，我们可以看一个简单的代码：复制代码如下：Php //示例1 $ foo=1$ bar=$ fooecho $ foo $ bar？执行该代码时，将打印数字2。从内存的角度来看，这段代码“可能”执行如下：分配一块内存给foo变量，并在其中存储一个1；然后给bar变量分配一块内存，也存储一个1，最后计算结果输出。事实上，我们发现foo和bar变量可以使用相同的内存块，因为它们具有相同的值。结果，存储器的使用节省了1，并且分配存储器和管理存储器地址的计算开销也被节省。是的，很多涉及内存管理的系统都实现了这种同值共享内存的策略：写的时候复制，我们会因为一些术语对它的概念产生深不可测的恐惧，但其实它们的基本原理往往很简单。本节将介绍写时复制策略在PHP中的实现：写时复制(COW)有很多应用场景，比如Linux中进程复制中内存使用的优化，以及各种编程语言中的类似应用，比如C的STL等。COW是一种常见的优化方法，可以分为：延迟资源分配。资源只有在真正需要的时候才会被占用，写时复制通常可以减少资源的占用。注意：为了节省空间，COW将用于表示“写入时复制”。延迟内存复制的优化如前所述，PHP中的COW可以简单描述为：通过赋值给变量赋值，不会申请新的内存来存储新变量中存储的值，而只是使用一个计数器来共享内存，只有当其中一个引用指向变量的值发生变化时，才申请新的空间来存储值内容，从而减少内存占用。在许多场景中，PHP COW优化了它的内存。例如变量的多次赋值、函数参数的传递、函数体中实际参数的修改等。我们来看一个检查内存的例子，很容易看出COW在优化内存使用方面的明显作用：复制代码如下：Php //示例2 $ j=1；var _ dump(memory _ get _ usage())；$tipi=array_fill(0，100000，' PHP-internal ')；var _ dump(memory _ get _ usage())；$ tipi _ copy=$ tipivar _ dump(memory _ get _ usage())；foreach($ tipi _ copy as $ I){ $ j=count($ I)；} var _ dump(memory _ get _ usage())；//-执行结果-$ PHP t.php int(630904)int(10479840)int(10479944)int(10480040)上面的代码通常突出了COW的作用，当数组变量$tipi被分配给$tipi_copy时。当循环遍历次数为$tipi_copy时，没有显著变化。这里，$tipi_copy和$tipi变量的数据指向同一个内存，但没有被复制。也就是说，即使我们不使用引用，在赋值一个变量之后，只要我们不改变变量的值，我们就不会申请新的内存来存储数据。基于此，我们很容易想到一些COW可以有效控制内存使用的场景：它只使用变量进行计算，很少修改，比如函数参数的传递和大数组的复制等。而不改变变量值。复制更改的值多个值相同的变量共享相同的内存，这确实节省了内存空间，但是变量的值会发生变化。如果在上面的例子中指向相同存储器的值已经改变(或者可能改变)，则有必要“分离”改变的值。这种“分离”操作称为“复制”。在PHP中，Zend引擎引入了ref_count和is_ref两个变量来标识同一个zval地址是否被多个变量共享：复制代码的代码如下：在zval结构中定义了：ref_count和is_ref(见第一章第一节)，is_ref标识是否是用户使用的强制引用；ref_count是引用计数，用来标识这个zval被引用了多少个变量，也就是COW的自动引用，为0时会被销毁；有关这两个变量的更多信息，请跳过阅读：第3章，第6节：变量赋值和销毁的实现。

注：因此，$ a=$ b；而$ a=$ b；PHP中内存的使用没有区别(值不变时)；让我们稍微改变一下示例2:如果$copy的值发生变化，会发生什么情况？复制代码如下：Php //示例3//$ tipi=array _ fill (0，3，' PHP-内部')；//array_fill不再用于此处填充。为什么呢？$ tipi[0]=“PHP-内部”；$ tipi[1]=“PHP-内部”；$ tipi[2]=' PHP-内部'；var _ dump(memory _ get _ usage())；$ copy=$ tipixdebug_debug_zval('tipi '，' copy ')；var _ dump(memory _ get _ usage())；$ copy[0]=“PHP-内部”；xdebug_debug_zval('tipi '，' copy ')；var _ dump(memory _ get _ usage())；//-执行结果-$ PHP t.php int(629384)tipi :(ref count=2，is _ ref=0)=array (0=(refcount=1，is _ ref=0)=' PHP-internal '，1=。is_ref=0)='php-internal '，2=(refcount=1，is_ref=0)='php-internal ' copy :(ref count=2，is_ref=0)=array (0=(refcount=1，is_ref=0)='php-internal '，1=(refcount=1，Is _ ref=0)=' PHP-internal '，2=(refcount=1，Is _ ref=0)=' PHP-internal ')int(629512)tipi 333332这个基本的赋值操作会触发COW的内存“共享”，不会产生内存复制。COW的粒度是zval结构，PHP中的所有变量都是基于zval的，所以COW的范围是所有变量。对于由zval结构组成的集合(如数组和对象等。)，当需要复制内存时，将复杂对象分解到最小粒度进行处理。这样，当在内存中修改对象的某个部分时，就不需要将复杂对象的所有元素“分离并复制”到内存副本中。复制代码如下：array_fill()在填充数组时也使用了COW策略，可能会影响这个例子的演示。感兴趣的读者可以阅读$ PHP _ src/ext/standard/array.c中PHP_FUNCTION(array_fill)的实现，Xbug _ xdebug_debug_zval()是xdbug扩展中的一个函数，用来输出zend中变量的引用信息。如果没有安装xdebug扩展，也可以使用debug_zval_dump()来代替。参考：http://www.php.net/manual/zh/function.debug-zval-dump.php实现写时复制看完上面三个例子，相信大家也能明白COW在PHP中的实现原理：PHP中的COW是基于引用计数ref_count和is_ref实现的，如果多了一个变量指针，ref_count就会增加1，否则减为0就会被破坏；同样，如果多了一个强制引用，is_ref会增加1，否则会减少1。下面是一个典型的例子：复制代码如下：Php //示例4 $ foo=1；xdebug _ debug _ zval(' foo ')；$ bar=$ fooxdebug _ debug _ zval(' foo ')；$ bar=2；xdebug _ debug _ zval(' foo ')；//-执行结果-foo: (refcount=1，is _ ref=0)=1foo3360 (refcount=2，is _ ref=0)=1foo3360 (refcount=1，is _ ref=0)。当$foo的值被分配给$bar时，PHP不会给$bar一个内存副本，而是将$foo和$bar指向同一个地址。同时，参考计数增加1，这是新的2。然后，我们改变了$bar的值。此时，如果直接需要$bar变量指向的内存，那么$foo的值也会发生变化。这不是我们想要的结果。因此，PHP内核复制了一个内存副本，并将其值更新为赋值：2(该操作也称为变量分离操作)。同时，原始$foo变量指向的内存只有$foo，因此引用计数更新为：refcount=1。看起来很简单，但实际情况要复杂得多，因为有操作符的存在。请看下面的例子：。

图6.6操作符导致的内存复制分离从这个例子中，我们可以看到PHP很容易处理操作符：当$ beauty=$ pan时，两个变量本质上都变成了引用类型，导致看似普通的变量$pan，在一些内部处理中表现得和$pan一样，特别是在数组元素中使用引用变量时，很容易出现问题。(见最后一个例子)PHP的大部分工作是文本处理，变量是载体。在PHP的整个生命周期中使用不同类型的变量。变量的COW策略也反映了Zend引擎对变量及其内存的处理。具体请参考源代码文件的相关内容：复制代码如下： Zend/Zend _ execute . c======================Zend _ assign _。Zend _ assign _ to _ variable()；Zend _ assign _ to _ object()；Zend _ assign _ to _ variable()；//以及Zend/Zend . h===========================================================#定义z _ refcount (z)。rc) Z_SET_REFCOUNT_P((z)，RC)#定义Z _ ADDREF(Z)Z _ ADDREF _ P((Z))#定义Z _ DELREF(Z)Z _ DELREF _ P((Z))#定义Z _ ISREF(Z)Z _ ISREF _ P((Z))#定义Z _ ISREF _ P((Z))#定义Z_SET _ ISREF(Z)Z _ SET _ ISREF _ P((Z))#定义Z _ unset _ ISREF(Z)Z _ unset _ ISREF _ P((Z))#定义Z _ SET请谨慎使用参考。上面提到的引用和变量的引用计数与PHP中的引用不是一回事。引用类似于C语言中的指针，它们可以通过不同的标签访问相同的内容。然而，PHP中的引用只是简单的变量别名，没有C指令的灵活性和局限性。PHP中有很多意想不到的行为，有些因为历史原因无法破坏兼容性，所以选择暂时不修复，或者有些使用场景很少。在PHP中，我们只能尽可能避免这些陷阱。例如，下面的例子。由于引用操作符会导致PHP的COW策略的优化，所以需要对引用的行为有一个清晰的了解，避免误用，带来一些难以理解的bug。如果你认为自己对PHP中的引用已经足够了解，可以试着解释一下下面的例子：复制代码如下：PHP $ foo[' love ']=1；$ bar=$ foo[' love ']；$ tipi=$ foo$ tipi[' love ']=' 2 '；echo $ foo[' love ']；最后这个例子会输出2，大家会很惊讶$tipi如何影响$foo和$ foo、$bar变量的引用操作，把$foo['love']污染变成引用，从而Zend没有修改$tipi['love']，导致内存重复和分离。