TL;DR
Ao usar unset() o PHP decrementa um contador interno de sua estrutura básica para armazenamento de tipos compostos chamada zval
. Quando esse contador atinge zero, a memória utilizada é liberada automaticamente.
Para responder a esse tipo de pergunta da forma mais apropriada primeiro é preciso saber como o PHP gerencia suas variáveis, o mais essencial dos recursos da linguagem.
O que exatamente são variáveis no PHP?
Variáveis no PHP são representadas internamente por um container chamado zval
, uma estrutura do C definida no arquivo zend.h do código-fonte do PHP:
struct _zval_struct {
/* Variable information */
zvalue_value value; /* value */
zend_uint refcount__gc;
zend_uchar type; /* active type */
zend_uchar is_ref__gc;
};
O campo value
representa o valor efetivo (inteiro, string, objeto…). Em seguida temos dois campos relacionados ao gerenciamento de memória: is_ref
e refcount
.
refcount é um inteiro indicando quantos símbolos apontam para aquele zval. Um símbolo é tipicamente uma variável PHP (como $a) mas pode também ser uma variável interna ao/do C, uma vez que outros zval também são usados pela engine.
is_ref é um inteiro representando um valor booleano. Por padrão é definido como zero o que significa que aquele zval ainda não foi afetado por uma referência (na sintaxe do PHP &$a
). quando setado para 1 (um) significa que aquele zval é uma referência o que veremos a seguir caracteriza uma grande mudança de compartamento quando o PHP opera aquele zval.
Tipos Compostos
Em PHP temos muitas coisas que são zval. Por exemplo, quantos zval você pode contar nesse pequeno fragmento abaixo:
$a = ‘foo’;
Obviamente que a resposta mais simples é a correta: Um.
Se fôssemos representar em uma imagem, teríamos algo assim:

E quanto a este pequeno código?
$a = array('foo'=>'bar', 42);
Aqui temos três zval
: A string bar, o inteiro 42 e o array que os encapsula. Ilustrando, temos:

Observe as chaves no array. foo e 1 não são zval
, apenas seus valores o são. Vejamos agora como funcionam com objetos:
class Foo {
public $a = 42;
protected $bar = 'default';
}
$obj = new Foo;
Aqui também foram criados três zval
: Um para o objeto no símbolo $obj e um para cada um dos atributos, $a e bar.
Você irá perceber que, deste ponto de vista, objetos se comportam como arrays pois, assim como eles, são tipos compostos, então eles têm zval
para eles próprios slém de um para cada tipo que eles contêm. Bem simples!
Como o PHP gerencia as variáveis?
Agora vamos ver como o PHP gerencia todos esses zval
quando você, programador, os usa diariamente.
Vamos ignorar por um momento as referências e focar no quão esperto o PHP em não duplicar memória do zval
quando você copia o conteúdo de uma variável para outra:
$a = 'foo';
$b = $a;

Na imagem acima o container zval
está representado em amarelo. Ele é o que consome memória e é o que você (ou o PHP) deveria se prevenir contra duplicidades e liberá-los o quanto antes.
Em cinza estão representados os símbolos, a svariáveis PHP. os símbolos também consomem memória, mas em quantidades tão pequenas que na maioria das vezes você não precisa se preocupar.
Com isso podemos seguramente dizer que ambos os scripts abaixo consomem a mesma quantidade de memória:
// Script 1
$a = 'foo';
$b = $a;
// Script 2
$a = 'foo';
Como você deve ter percebido o campo refcount
foi incrementado quando $b foi apontado para outro zval
. refcount
é o “truque” por trás do gereciamento de memória nas variáveis do PHP. Através dele sabemos quantos símbolos apontam para um mesmo container zval
.
Copy on Write
Copy On Write (abreviado por COW) é outro truque concebido para poupar memória mais genericamente usado em engenharia de software. Significa que o PHP vai copiar a memória ou melhor dizendo alocar uma nova região da/na memória quando você escrever um símbolo se este já estiver apontando para outro zval
. Ex:
:
$a = "foo";
$b = $a;
$a = 17;

Outro exemplo, importante ao escopo do tópico:
$a = "foo";
$b = $a;
$c = $b;
$b = "bar";
unset($a);

Observe como o PHP manipula o campo refcount
. Este é incrementado e decrementado a medida que símbolos apontam ou deixam de apontar para um determinado zval
. Apenas a memória necessária é alocada.
Veja também que o unset() não necessariamente libera memória. unset() vai apenas decrementar o valor refcount
em um.
Se, e somente se, o valor de refcount
chegar a zero é que o PHp sabe que nenhum outro símbolo está apontando para aquele zval
e, então, irá liberá-lo automática e imediatamente.
Reforçando que todo esse comportamento assume que referências não estejam sendo utilizados, daí refcount
ter se mantido sempre em zero ao longo do detalghamento do processo que é simples e de fácil compreensão.
Crédito Extra! Se você quiser se aprofundar no assunto, a xDebug oferece a função xdebug_debug_zval() através da qual é possível extrair ambos os valores refcount
e is_ref
.
Vejamos agora um exemplo com arrays:
$a = array("foo"=>"bar", 1 => 42);
$b = $a["foo"];
$c = $b;
$b = 18;
unset($a['foo']);
$a[1] = $b;

Como se pode ver o memso comportamento é aplicado e a mesma importante mantida: Somente quando refcount
atinge zero o zval
respectivo é liberado. Nunca antes.
E, novamente, atendendo ao escopo principal do tópico, veja o que acontece com unset(). O zval
referente ao índice associativo foo do array foi eliminado, mas como havia um outro símbolo anteriormente criado ($c) o zval associado à string **bar** foi mantido, tendo apenas seu
refcount`decrescido.
Funções / Métodos
Sim, funções e métodos são a mesma coisa. Dito isso, vamos ver como eles se comportam com relação a símbolos e zval
O que se deve ter em mente é que quando uma função é criada o escopo da mesma criado junto. E com exceção das variáveis globais, aquelas criadas dentro de uma função não podem ser acessadas de fora dela.
Por fim, os argumentos de função bem como seu valor de retornam têm seus respectivos refcount
incrementados ao invés de ter outros zval
criados. Vamos a um exemplo:
<?php
function foo($var)
{
$var = "bar";
return $var;
}
$a = "foobaz";
$b = foo($a);

A pilha inicia com a definição do símbolo $a e seu respectivo zval
para uma string a ser usada como argumento da função a ser invocada.
Em seguida temos a invocação da função recebendo $a como argumento. Notem que o refcount
conta para 3 (três): um para o zval
da string foobaz e outros dois para o argumento da função ($var) e seus escopo local.
Uma vez com o fluxo dentro da função temos o refcount
do símbolo $var (e consequentemente de $a) decrementado pois $var, agora, foi realocado para outra string. E agora temos dois zval
diferentes.
Então temos o retorno da função. O símbolo $b é criado e ao invés de um terceiro zval
ser criado apenas o refcount
de $var é incrementado ao apontar para $b.
Por fim, quando a função é finalizada os dois refcount
dos dois zval
são decrementados pois tanto o escopo quanto a pilha de consumo em si são destruídos da mesma forma que o unset().
E tudo isso automaticamente, sem a necessidade de se alocar e liberar memória manualmente.
Referências
Tudo que foi dito até agora limita-se ao uso “clássico” do PHP, vamos tornar as coisas um pouco mais interessantes com as referências.
Lembrete: referências são definidas em PHP quando você usa o símbolo & (ampersand)
Exemplo rápido:
$a = 'string';
$b = &$a;
$b = 1;
Todo mundo com conhecimento da linguagem já deve saber só de olhar o resultado desse snippet: $a e $b têm o memso valor: o inteiro 1
Internamente, quando usadas, as referências amarram os símbolos ($a e $b) ao mesmo zval
. Você poderia até dizer que é o mesmo que ocorre quando fazendo $b = $a
.
De fato, é exatamente o que acontece. $a = $b
ou $a = &$b
resulta, internamente, na mesma coisa. A diferença é como as referências alteram profundamente o comportamento do PHP quando o Copy On Write ocorre, isto é, na linha $b = 1
:

Ao definirmos os símbolo $a criamos um zval
para a string string. Quando definimos o símbolo $b e utilizamos o ampersand (&) o campo is_ref
é incrementado e o comportamento de refcount
continua o mesmo, ou seja, continua sendo incrementado para representar a quantidade de símbolos apontando para àquele zval
.
Porém a flag is_ref
vai mudar o comportamento do Copy On Write do PHP quando você mudar o alterar o símbolo por não mais separar o valor de cada símbolo em dois zval
distintos, mas ao invés disso alterá-lo diretamente, dando a impressão de que ambos $a e $b estão ligados.
Simples e eficiente mas que requer atenção dobrada em alguns casos.
Vejamos outro exemplo que demonstra a mudança de comportamento de todo esse “duplicar ou não duplicar memória”:
$a = "string";
$b = &$a;
$c = $b;

Preste bastante atenção na terceira linha $c = $b;
$b é uma referência de $a e ambos apontam para o mesmo zval
. Ao criarmos o símbolo $c pode-se imaginar que por este apontar para $b ele também estaria apontando para $a e o refcount
seria apenas incrementado para 3.
Mas não é isso o que acontece. Por causa da precedência o PHP é forçado a criar um novo zval
e duplicar a string string
Tanto é verdade que se o valor de $c for alterado depois de ter sido associado a $b, o valor de $b (e consequentemente de $a) não seriam afetados:
$a = "string";
$b = &$a;
//$b = 'foo';
$c = $b;
var_dump( $a, $b, $c ); // string(6) "string" string(6) "string" string(5) "Bruno"
Para evidenciar ainda mais, se descomentássemos a linha que altera o valor de $b temos:
string(3) "foo" string(3) "foo" string(5) "Bruno"
Em resumo: $c não é uma referência de $b apesar deste ter sido definido anteriormente como referência de outro símbolo ($a).
E este é o primeiro cuidado que se deve ter ao utilizar referências pois o PHP copia memória em lugares onde você normalmente não esperaria que fosse.
Mais um exemplo, agora com funções:
<?php
function foo(&$var)
{
$var = "bar";
return $var;
}
$a = "foobaz";
$b = foo($a);

Veja como o PHP duplicou a string bar por causa da referência. A duplicação de memória ocorreu não quando a atribuição $var = 'bar';
foi feita, afinal, $var é uma referência, mas sim quando do retorno da função, que é o valor e não a referência ora definida.
Nessa hora o zval
é duplicado pois quando você altera aquilo que a função vai retornar você não está alterando aquilo que afunção recebeu, mesmo que seja uma referência.
Com isso em mente é preciso lembrar que referências não necessariamente poupam memória. Com elas a duplicação de memória é apenas atrasada se comparada com uma atribuição normal, por valor.
Porém, cedo ou tarde, um novo zval
deverá ser criado, a não ser que você seja muito cuidadoso e use fielmente a referência do início ao fim, sem jamais quebrá-la, explícita ou implicitamente.
Por fim o último dos cuidados a se ter com referências;
function foo(&$var)
{
if (strlen($var) > 3) {
return $var;
} else {
$var .= '_uppercased';
return strtoupper($var);
}
}
$value = 'barbaz';
echo foo($value);
Sim, esse é um código bem estúpido mas útil para se comentar a respeito. Você seria capaz de adivinhar quando exatamente o PHP precisaria criar um novo zval
e duplicar o conteúdo?
Você percebeu que $var foi passado por referência à função foo(). $var tem um is_ref
igual a 1. Mas o que acontece quando você invoca ambos, strlen() e strtoupper()?
Se você checar o manual verá que esse argumentos são passados por valor e o argumento de nossa função é passado por referência. Já viu aonde isso vai dar? O PHP vai duplicar a memória a cada invocação de cada uma dessas funções.
Sim, o PHP não tem como saber se strlen() vai tentar modificar o argumento.
O que aconteceria se ele tivesse como saber? $var seria alterada uma vez que strlen() não aceita referências como argumentos.
E como não é isso que queremos, o PHP é forçado a duplicar o zval
para trabalhar com o valor da variável passada. No entanto, nesse caso ao menos, o is_ref
seria setado como zero, antes e depois de invocar as ditas funções, e só então a memória usada pelo zval
seria liberada.
Isso é um desperdício e você foi enganado pelas referências de novo. Vai lá admita! O tradutor aqui admite e nesse momento está deitado no chão gelado chorando. :p
Se $var não tivesse sido passada por referência nenhuma duplicação iria acontecer (claro, se você tivesse feito o seu trabalho como programador e tivesse lidado decentemente com aquela concatenação ali).
Mas não há motivo para pânico. Duplicar aquele barbaz causaria um impacto de nanossegundos hoje em dia. Mas não é isso o que acontece com arrays grandes e complexos, verdadeiros glutões em termos de performance.
Nesses casos os valores não seriam copiados, apenas teriam seus refcount
incrementados. Entretanto o array inteiro seria copiado.
Pra se ter uma idéia, um array com um milhão de entradas levaria algo em torno de 0.3 segundos no PHP 5.5.
Parece pouco, mas tenha em mente que a grande maioria dos usos do PHP roda a no mínimo a 100 milisegundos mais rápido E esses 0.3 segundos leva em conta UMA requisição o que é MUITO diferente de uma Aplicação real com milhares de pessoas acessando o recurso em questão. E pior! Ao mesmo tempo ☠
Vazamento de Memória e Garbage Collection
primeiro vamos ver de forma rápida o que seria Garbage Collection. Garbage Collection, numa definição livre, é um mecanismo que acompanha o uso dos objetos e libera seus suportes de memória uma vez que eles não possam mais ser alcançados no escopo corrente ou que que não estejam mais sendo usados (pelo programador).
Trazendo essa definição para o PHP e tudo o que já foi dito temos o refcount
aplicado aos zval
que, de fato, liberar a memória quando este atinge zero.
Desde o começo o PHP fornece um mecanismo de garbage collection para sua variáveis, porém, temos o Zend Garbage Collector (ou Zend GC) introduzido no PHP 5.3 que, diferentemente do que se pensa não libera a memória usada (quem faz isso é o próprio PHP) e sim cuida das refrências circulares por você.
O Manual do PHP tem uma seção bem detalhada, inclusive com imagens, sobre como é o processo de garbaging collection.
Referências Circulares aparecem em tipos compostos como arrays e objetos. Quando dois tipos compostos se referênciam uns aos outros ou quando um tipo composto se refere a ele mesmo, temos uma referência circular. Isso é ruim porque é difícil de computar quando exatamente eles começam ou devem ser liberados.
Até antes do PHP 5.3 não haviam meios de acompanhar referências circulares e quando você liberava suas variáveis, com unset(), por exemplo, forçando zerar seus refcount
, o PHP deixava alguns "rastros" das entidades como se elas ainda existissem. Ex:
// Criamos duas entidades (objetos)
$a = new ObjA;
$b = new ObjB;
// Criamos a referência circular
$a->b = $b;
$b->a = $a;
// Decrementamos os refcount
unset($a, $b);
/**
* Deste ponto em diante o não se é mais possível
* obter os dois zval acima, mas eles ainda existem
* na memória e o PHP, até antes da versão 5.3
* nunca iria liberá-los.
*/

Os símbolos são criados e quando as propriedades são setadas temos novos zval
sendo criados, um para cada propriedade de cada símbolo e os refcount
incrementados.
unset() destruiu os símbolos e decrementou os refcount
como esperado. No entanto àqueles criados ao setar as propriedades ficaram lá, esquecidos.
Com o PHP 5.3 um complexo sistema foi introduzido especificamente para acompanhar esses casos que são cada vez mais frequentes a medida que mais e mais programadores gerenciam mais e mais objetos em seus códigos. É fácil de se ter dois objetos em referência circular e você obviamente nem percebe.
Agora o PHP acompanha automaticamente referências circulares e libera a memória por elas usadas de tempo em tempo. Se, porventura, você notar uma referência circular e quiser forçar sua liberação o PHP fornece a função gc_collect_cycles() criada especificamente para isso.
Vamos ver como em mais um exemplo:
// Criamos duas entidades (objetos)
$a = new ObjA;
$b = new ObjB;
// Criamos a referência circular
$a->b = $b;
$b->a = $a;
// Decrementamos os refcount
unset($a, $b);
/**
* Forçamos o PHP a limpara a referência circular
* e exibimos quantos zval foram liberados
* pelo garbage collector
*/
$cleaned = gc_collect_cycles();
echo $cleaned; /* 2 */
Referências circulares consomem memória, mas isso não chega a ser tão preocupante num ambiente Web uma vez que de qualquer maneira o PHP limpa todos os recursos, incluindo as referências circulares, ao fim da Requisição.
O problema se torna bem mais aparente em aplicaçoes CLI de longo ciclo, como por exemplo testes com PHPUnit. Graças ao Zend GC sua curva de memória deve permanecer relativamente simples.
Artigo Original: Web and PHP
Tradução, adaptação e complemento: Bruno Augusto
unset
, quando ele ocorre a memória não é liberada. De qualquer forma, para você ter algo preciso e confiável vai ter que esperar que alguém mais experiente responda. Pode não ocorrer, pode demorar. Uma outra forma de descobrir é pegar os fontes do PHP e ver o que acontece. Não é fácil mas é uma solução se a resposta for importante.