PHPのガベージコレクションを深掘りしよう

PHPer Kaigi 2025 day2 LT
https://fortee.jp/phperkaigi-2025/speaker/proposal/view/b971cae5-06fc-499c-83f9-b66dad8e878c

ご指摘がありましたがPHP7系からis_refは型定義から削除されており、type内のIS_REFERENCEになっております。
https://hnw.hatenablog.com/entry/20141207

ご指摘いただきありがとうございます。

Transcript

1. PHPの ガベージコレクション を深掘りしよう PHPer Kaigi 2025 Day 2 LT Rinchoku
2. アジェンダ • ガベージコレクションとは • PHPのガベージコレクションについて • まとめ
3. 最初に PHPで開発をしていてメモリ関連で下記経験したことあります か？
4. 最初に PHPで開発をしていてメモリ関連で下記経験したことあります か？ • PHP Fatal error: Allowed memory size of ******bytes exhausted (tried to allocate XXXXbytes) ◦ memory_get_usage(true)でメモリ使用量を見たり
5. 最初に PHPで開発をしていてメモリ関連で下記経験したことあります か？ • PHP Fatal error: Allowed memory size of ******bytes exhausted (tried to allocate XXXXbytes) ◦ memory_get_usage(true)でメモリ使用量を見たり • 古いPHPバージョン環境で謎のunset
6. 最初に なぜPHPerがメモリの管理・解放を気にしなくていいのか
7. 最初に なぜPHPerがメモリの管理・解放を気にしなくていいのか 「PHPは勝手にメモリ管理してくれるよ」という 教えされた人もいるかも？
8. 最初に なぜPHPerがメモリの管理・解放を気にしなくていいのか ガベージコレクションが実装されてるから
9. 最初に ただ、 ガベージコレクション聞いたことあっても よく知らない
10. 最初に たとえば、 • どういうロジックで メモリを開放しているのか ◦ 未使用ってどうやって決めているの？ • どのタイミング で呼び出されるのか
11. ガベージコレクションとは • 動的に確保したメモリ領域から、不要となったメモリ領域を 解放し空き領域として再利用できる ための機能 ◦ よく掃除のおばちゃんに例えられる • メモリの再配置は行わない • C/C++、Rustはガベージコレクションがない • 主に下記手法が存在する ◦ reference counting(参照カウント) ◦ mark-and-sweep
12. PHPのガベージコレクションについて • PHP5.3(2009年6月30日)から追加された機能 ◦ 循環参照のバグなどはあったものの • PHPはReference Counting(参照カウント )を採用 ◦ 深さ優先探索を利用 ◦ Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systemsを 採用 • ガベージコレクションのロジックは下記に記載 ◦ php-src/Zend/zend_gc.c ◦ php-src/Zend/zend_gc.h • 参照カウントやフラグの管理は php-src/Zend/zend_types.h
13. Reference Countingとは • PHPの変数(zval)は下記4つの情報を持つ ◦ 型 ◦ 値 ◦ is_ref ▪ 「参照集合」の一部かどうかを示すブール値 ◦ refcount ▪ 1つの zval コンテナをどれだけ多くの 変数名が指すか ▪ 「変数名」を「シンボル」とも呼ばれる • 各スコープ単位にシンボルテーブルが 1つ作られ、変数名はこの シンボルテーブルに保管される
14. 実際に見てみる
15. 実際に見てみる refcountじゃない？
16. インターン化 • PHP5.4以降に追加された文字列のインターン化 • 同一の文字列を参照する場合に値を共有するための機能
17. 実際に見てみる
18. Reference Countingとは • ガベージコレクションが動く条件 ◦ refcountが減少した時 ▪ refcountが0であれば解放 が可能 ▪ refcountが減少した時はゴミ候補 入り • 詳しくは「ガベージコレクション > 循環の収集」を参照 ◦ root_bufferが保有する値が一定値を超える
19. Reference Countingとは • 内部的に色でRoot Zvalの状態を管理 している ◦ BLACK：ベース。使用中か解放可能かは不明 ◦ GREY：探査をして、refcountを1減少させたもの ◦ WHITE：探査をした結果、解放できる ◦ PURPLE：GC対象のRoot Zval ▪ 変更のたびに各zvalを確認するのを防ぐ目的 • 他にもGREEN、RED、ORANGEがあるが、PHPでは利用していな い
20. Reference Countingとは
21. PHPのガベージコレクションの動き 1. Root ZvalからGrayにマークをつける ◦ GrayではなかったzvalをStackしておく ◦ refcountを-1する 2. Root Zvalを探査する ◦ GrayのRoot Zvalに対して i. refcountが正→Blackに変更 ii. GrayのzvalをWhiteに変更 3. Whiteにマークされたものを収集し、解放 ◦ 収集時、White-> Blackに変更
22. PHPのガベージコレクションの動き 1. Root ZvalからGrayにマークをつける ◦ GrayではなかったzvalをStackしておく ◦ refcountを-1する 2. Root Zvalを探査する ◦ GrayのRoot Zvalに対して i. refcountが正→Blackに変更 ii. GrayのzvalをWhiteに変更 3. Whiteにマークされたものを収集し、解放 ◦ 収集時、White-> Blackに変更
23. PHPのガベージコレクションの動き 1. Root ZvalからGrayにマークをつける ◦ GrayではなかったzvalをStackしておく ◦ refcountを-1する 2. Root Zvalを探査する ◦ GrayのRoot Zvalに対して i. refcountが正→Blackに変更 ii. GrayのzvalをWhiteに変更 3. Whiteにマークされたものを収集し、解放 ◦ 収集時、White-> Blackに変更 削除のシミュレーション 循環参照により、未使用変数を見つけ る布石
24. PHPのガベージコレクションの動き 1. Root ZvalからGrayにマークをつける ◦ GrayではなかったzvalをStackしておく ◦ refcountを-1する 2. Root Zvalを探査する ◦ GrayのRoot Zvalに対して i. refcountが正→Blackに変更 ii. GrayのzvalをWhiteに変更 3. Whiteにマークされたものを収集し、解放 ◦ 収集時、White-> Blackに変更 循環参照を考慮して無限ループを回避 変更前に削除対象として収集済み
25. PHPのガベージコレクションの動き どういう動きをするかは分かった
26. PHPのガベージコレクションの動き どのタイミングで呼び出されているのか？
27. ガベージコレクションが実行されるまで (RootBuffer) 1. zend_assign_to_variable 2. GC_DTOR_NO_REF 3. gc_check_possible_root 4. gc_possible_root 5. gc_possible_root_when_full 6. gc_collect_cycles
28. zend_assign_to_variable(zend_execute.h)
29. zend_assign_to_variable(zend_execute.h)
30. GC_DTOR_NO_REF(zend_types.h)
31. GC_DTOR_NO_REF(zend_types.h)
32. gc_check_possible_root(zend_gc.h)
33. gc_check_possible_root(zend_gc.h)
34. gc_possible_root(zend_gc.c)
35. gc_possible_root(zend_gc.c)
36. gc_possible_root_when_full(zend_gc.c)
37. gc_possible_root_when_full(zend_gc.c)
38. 至る所でgc_collect_cycleは呼ばれている • returnを行う ◦ ZEND_RETURN_SPEC_CONST_HANDLER ◦ ZEND_RETURN_SPEC_TMP_HANDLER • 代入を行う ◦ zend_assign_XXXX
39. まとめ • PHPにはガベージコレクションが存在する ◦ ガベージコレクションがメモリの解放を行っている • PHPのガベージコレクションとして参照カウント を採用 • ガベージコレクション関連のコードはPHPのソース上に色んな 所にある • ガベージコレクションを調べるだけで、PHPの他の機能につい て軽く知れるので、皆さんもやってみよう
40. 自己紹介 • 氏名：Rinchoku (リンチョク) • 所属：eForce株式会社(近々…) • X：@stupid_owl • コミュニティ ◦ SRE NEXT 2025 コアスタッフ ◦ SRE Kaigi 2025 コアスタッフ • 趣味 ◦ ハンドメイド ◦ 宝石鑑賞
41. 参考 • https://github.com/php/php-src • https://www.php.net/manual/ja/features.gc.php • https://qiita.com/hinako_n/items/8a7b366a3fe09f43dce8 • https://www.php.net/manual/ja/features.gc.performance-considerations.php • https://qiita.com/genie-oh/items/e6dfc49fb9899f931271 • https://fortee.jp/phpcon-2022/proposal/1addf51d-6f72-4c96-9337-034ec6c c0643 • https://qiita.com/pseudo_foxkeh/items/a15e4a5fd6ba679d4841 • https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%83%99%E3%83%BC%E3%8 2%B8%E3%82%B3%E3%83%AC%E3%82%AF%E3%82%B7%E3%83%A7%E3 %83%B3
42. ご清聴ありがとうございました