PHP `GC` (Garbage Collector) 循环引用检测算法与 `__destruct` 注意事项

各位观众，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们聊聊PHP的垃圾回收机制，特别是那个让人头疼的循环引用，以及__destruct方法在其中扮演的角色。准备好了吗？咱们这就开始！

一、开胃小菜：什么是垃圾回收？

首先，咱们得明白什么是垃圾回收。想象一下，你是个勤劳的农民伯伯，每天都要种地。种地过程中，你会产生各种各样的垃圾，比如烂菜叶、废塑料袋等等。如果你不及时清理这些垃圾，你的田地就会被垃圾淹没，寸步难行。

程序也一样。在程序运行过程中，会创建大量的对象，这些对象会占用内存。如果这些对象不再被使用，但仍然占用着内存，就会导致内存泄漏，最终导致程序崩溃。垃圾回收机制就是用来自动清理这些不再使用的对象，释放它们占用的内存，让程序能够持续运行。

PHP的垃圾回收机制是自动的，也就是说，你不需要手动去释放内存。PHP会定期检查哪些对象不再被使用，然后自动释放它们的内存。

二、主菜登场：循环引用是个啥？

循环引用，顾名思义，就是两个或多个对象相互引用，形成一个环。就像两条蛇互相咬着对方的尾巴，谁也无法挣脱。

举个例子，咱们来创建一个简单的循环引用：

<?php

class Person {
    public $name;
    public $friend;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function __destruct() {
        echo "销毁了 " . $this->name . "n";
    }
}

$person1 = new Person("张三");
$person2 = new Person("李四");

$person1->friend = $person2;
$person2->friend = $person1;

//unset($person1);
//unset($person2);

echo "程序结束n";

?>

运行这段代码，你会发现，即使程序结束了，__destruct 方法也不会被调用。为什么呢？因为$person1和$person2相互引用，PHP的垃圾回收器认为它们还在被使用，所以不会释放它们的内存。

这就是循环引用的危害：它会导致内存泄漏，即使对象不再被使用，仍然占用着内存。

三、大厨献艺：PHP的循环引用检测算法

PHP为了解决循环引用带来的问题，引入了一套循环引用检测算法。这个算法的大致流程是这样的：

根节点扫描： PHP会从一些“根节点”开始扫描，这些根节点是一些全局变量、静态变量等等。
标记： 从根节点出发，PHP会标记所有可以到达的对象。这些被标记的对象被认为是“活跃”的，不能被回收。
清除： 对于那些没有被标记的对象，PHP会尝试打破循环引用。它会遍历所有对象的属性，如果一个属性指向另一个对象，并且这两个对象都属于同一个循环引用，那么PHP会把这个属性设置为null。
回收： 最后，PHP会回收那些没有被标记，并且已经打破循环引用的对象。

这个算法听起来有点复杂，咱们来用一个表格来总结一下：

步骤	描述
1.扫描根节点	从全局变量、静态变量等根节点开始扫描。
2.标记	标记所有从根节点可达的对象，这些对象被认为是“活跃”的。
3.清除	遍历所有未标记的对象，尝试打破循环引用。
4.回收	回收那些未标记，并且已经打破循环引用的对象。

四、高级技巧：__destruct 的注意事项

__destruct 方法是在对象被销毁之前调用的。它通常用于释放对象占用的资源，比如关闭文件、断开数据库连接等等。

在处理循环引用时，__destruct 方法需要特别注意。如果一个对象参与了循环引用，并且它的 __destruct 方法中又引用了循环引用中的其他对象，那么可能会导致一些意想不到的问题。

比如，咱们修改一下上面的代码：

<?php

class Person {
    public $name;
    public $friend;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function __destruct() {
        echo "销毁了 " . $this->name . "，以及我的朋友 " . ($this->friend ? $this->friend->name : "没有朋友") . "n";
    }
}

$person1 = new Person("张三");
$person2 = new Person("李四");

$person1->friend = $person2;
$person2->friend = $person1;

//unset($person1);
//unset($person2);

echo "程序结束n";

?>

运行这段代码，你会发现，程序会报错：Trying to get property 'name' of non-object。这是因为在销毁$person1的时候，$person1->friend已经被设置为null了，所以访问$this->friend->name会出错。

为了避免这种情况，咱们可以在 __destruct 方法中判断一下 $this->friend 是否存在：

<?php

class Person {
    public $name;
    public $friend;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function __destruct() {
        echo "销毁了 " . $this->name . "，以及我的朋友 ";
        if ($this->friend) {
            echo $this->friend->name;
        } else {
            echo "没有朋友";
        }
        echo "n";
    }
}

$person1 = new Person("张三");
$person2 = new Person("李四");

$person1->friend = $person2;
$person2->friend = $person1;

//unset($person1);
//unset($person2);

echo "程序结束n";

?>

这样就可以避免报错了。但是，即使避免了报错，__destruct方法也可能不会按预期执行，因为循环引用的对象可能不会被及时销毁。

五、解决之道：打破循环引用

解决循环引用的最根本方法就是打破循环引用。咱们可以手动打破循环引用，也可以使用一些工具来帮助咱们。

1. 手动打破循环引用：

最简单的方法就是在不再需要使用这些对象的时候，手动把它们之间的引用设置为null。比如，在上面的例子中，咱们可以在程序结束之前，执行以下代码：

unset($person1->friend);
unset($person2->friend);

或者：

$person1->friend = null;
$person2->friend = null;

这样就可以打破循环引用，让垃圾回收器能够正常回收这些对象。

如果你觉得手动打破循环引用太麻烦，那么可以使用unset()函数：

unset($person1);
unset($person2);

这样也可以打破循环引用，因为unset()函数会删除变量，从而删除对象之间的引用。

2. 使用弱引用（Weak References）：

PHP 7.4 引入了弱引用（Weak References），可以用来解决循环引用问题。弱引用是一种特殊的引用，它不会阻止垃圾回收器回收对象。也就是说，即使一个对象被弱引用，如果它没有被其他强引用，那么它仍然会被垃圾回收器回收。

咱们来用弱引用改造一下上面的代码：

<?php

class Person {
    public $name;
    public $friend;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function __destruct() {
        echo "销毁了 " . $this->name . "n";
    }
}

$person1 = new Person("张三");
$person2 = new Person("李四");

$person1->friend = new WeakReference($person2);
$person2->friend = new WeakReference($person1);

//unset($person1);
//unset($person2);

echo "程序结束n";

?>

注意，这里需要PHP7.4以上的版本。

在这个例子中，$person1->friend和$person2->friend都是弱引用。这意味着，即使$person1和$person2相互引用，垃圾回收器仍然可以回收它们。

使用弱引用需要注意以下几点：

你需要检查弱引用指向的对象是否仍然存在。可以使用WeakReference::get()方法来获取弱引用指向的对象。如果对象已经被回收，那么WeakReference::get()方法会返回null。
弱引用只能引用对象。

六、案例分析：大型项目中循环引用的排查与解决

在大型项目中，循环引用问题往往更加复杂和难以排查。以下是一些常用的排查和解决技巧：

代码审查： 定期进行代码审查，重点关注对象之间的引用关系。
静态分析工具： 使用静态分析工具，比如PHPStan、Psalm等，可以帮助你发现潜在的循环引用问题。
内存分析工具： 使用内存分析工具，比如Xdebug、Blackfire.io等，可以帮助你定位内存泄漏问题，从而发现循环引用。
单元测试： 编写单元测试，测试对象的生命周期，确保对象能够被正确销毁。
日志记录： 在__destruct方法中添加日志记录，可以帮助你了解对象的销毁情况。

以下是一个实际案例：

假设一个电商网站，用户可以添加商品到购物车。购物车和商品之间存在相互引用关系：购物车包含多个商品，每个商品又指向购物车。

<?php

class Cart {
    public $items = [];

    public function addItem(Item $item) {
        $this->items[] = $item;
        $item->setCart($this);
    }

    public function __destruct() {
        echo "购物车被销毁n";
    }
}

class Item {
    public $name;
    public $cart;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function setCart(Cart $cart) {
        $this->cart = $cart;
    }

    public function __destruct() {
        echo "商品 " . $this->name . " 被销毁n";
    }
}

$cart = new Cart();
$item1 = new Item("iPhone");
$item2 = new Item("iPad");

$cart->addItem($item1);
$cart->addItem($item2);

//unset($cart);
//unset($item1);
//unset($item2);

echo "程序结束n";

?>

在这个例子中，Cart对象和Item对象之间存在循环引用。为了解决这个问题，可以使用弱引用：

<?php

class Cart {
    public $items = [];

    public function addItem(Item $item) {
        $this->items[] = $item;
        $item->setCart($this);
    }

    public function __destruct() {
        echo "购物车被销毁n";
    }
}

class Item {
    public $name;
    public $cart;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function setCart(Cart $cart) {
        $this->cart = new WeakReference($cart); // 使用弱引用
    }

    public function __destruct() {
        echo "商品 " . $this->name . " 被销毁n";
    }
}

$cart = new Cart();
$item1 = new Item("iPhone");
$item2 = new Item("iPad");

$cart->addItem($item1);
$cart->addItem($item2);

//unset($cart);
//unset($item1);
//unset($item2);

echo "程序结束n";

?>

或者，也可以在不再需要使用这些对象的时候，手动打破循环引用：

<?php

class Cart {
    public $items = [];

    public function addItem(Item $item) {
        $this->items[] = $item;
        $item->setCart($this);
    }

    public function __destruct() {
        echo "购物车被销毁n";
    }
}

class Item {
    public $name;
    public $cart;

    public function __construct($name) {
        $this->name = $name;
    }

    public function setCart(Cart $cart) {
        $this->cart = $cart;
    }

    public function __destruct() {
        echo "商品 " . $this->name . " 被销毁n";
    }
}

$cart = new Cart();
$item1 = new Item("iPhone");
$item2 = new Item("iPad");

$cart->addItem($item1);
$cart->addItem($item2);

$item1->setCart(null); // 手动打破循环引用
$item2->setCart(null); // 手动打破循环引用

unset($cart);
unset($item1);
unset($item2);

echo "程序结束n";

?>

七、总结：防患于未然

循环引用是一个比较棘手的问题，但是只要咱们掌握了它的原理和解决方法，就可以有效地避免它。

以下是一些建议：

尽量避免创建循环引用。
如果必须创建循环引用，那么请使用弱引用或者手动打破循环引用。
在__destruct方法中谨慎使用循环引用中的对象。
定期进行代码审查，使用静态分析工具和内存分析工具，及时发现和解决循环引用问题。

好了，今天的讲座就到这里。希望对大家有所帮助！记住，代码世界里，没有绝对的完美，只有不断地学习和进步！感谢大家的聆听！下次再见！

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