Gerenciamento de memória e garbage collector em PHP: guia completo

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Por que nos preocupamos com memória no PHP?

A maioria dos desenvolvedores PHP está acostumada a tratar a memória como um recurso infinito. Criou um array com um milhão de elementos? Sem problemas. Instanciou um objeto e depois esqueceu dele? Tudo bem, o PHP limpa sozinho. Mas quando seu projeto começa a cair com o erro Allowed memory size exhausted ou fica lento do nada, é hora de entender o que realmente acontece nos bastidores.

Hoje vamos mergulhar na caixa-preta chamada "Memória e Garbage Collector no PHP". Você vai descobrir como o PHP conta referências, por que referências circulares são um problema e como fazer o garbage collector trabalhar a seu favor. Vamos nessa!

Como o PHP gerencia a memória: da requisição à resposta

Ao contrário de C ou C++, onde você mesmo aloca e libera memória, o PHP opera através do Zend Engine. Cada processo PHP tem seu próprio pool de memória. Quando você escreve:

$data = [1, 2, 3];

O PHP aloca memória para o array, armazena os valores e incrementa o chamado refcount (contador de referências). Enquanto alguém referenciar a variável $data, a memória não é liberada.

Mas assim que você faz:

unset($data);

o contador de referências cai para zero, e o Zend Engine devolve a memória ao pool instantaneamente. Simples e rápido. Porém, existem nuances…

Aritmética de referências: refcount e is_ref

Cada variável no PHP é uma estrutura zval, que armazena o valor, o tipo, a flag is_ref (se é uma referência) e o refcount. Veja um exemplo:

$a = "Olá";
$b = $a;  // refcount aumenta para 2 (cópia na escrita)
$b = "Mundo"; // agora $a e $b são zvals diferentes, refcount de "Olá" cai para 1

Isso é chamado de copy-on-write (cópia na escrita). Enquanto você não altera o valor, o PHP economiza memória usando a mesma área. Mas ao modificar a variável, uma cópia é criada. Esperto, não?

Garbage Collector (GC): quando o refcount não salva

O mecanismo padrão de contagem de referências funciona perfeitamente em 99% dos casos. Mas há um problema: as referências circulares. Imagine que você tem dois objetos que se referenciam mutuamente:

class Node {
    public $next;
}

$a = new Node();
$b = new Node();
$a->next = $b;
$b->next = $a;

unset($a);
unset($b);

Após o unset, ambos os objetos ainda têm refcount = 1 (cada um referencia o outro). Formalmente, eles estão inacessíveis pelo código, mas a memória não é liberada. Isso é uma referência circular.

Se houver muitos objetos assim, a memória vai vazar. Para combater isso, a partir do PHP 5.3 foi introduzido um garbage collector (GC) completo.

Como o GC funciona no PHP?

O garbage collector não é executado a cada linha de código. Ele é ativado quando o buffer raiz (um array de possíveis referências circulares) fica cheio. Por padrão, seu tamanho é de 10.000 elementos. Quando o buffer está cheio, o GC executa um algoritmo que:

Escaneia as raízes — encontra todos os zvals com refcount > 0 que podem fazer parte de um ciclo.
Diminui o refcount de todos os elementos filhos (como se as referências não existissem).
Verifica — se após a redução o refcount for zero, significa que é "lixo" e pode ser removido.
Restaura o refcount para aqueles que não são lixo e libera a memória.

Esse processo é chamado de garbage collection. Você pode forçá-lo manualmente: