概述
PHP 中变量的值存储在 zval 结构体中，变量名存在符号表（symbol table）中，符号表的实际是一个 HashTable。
变量的作用域
对于一个请求，任意时刻 PHP 都可以看到两个符号表(symbol_table 和 active_symbol_table)，symbol_table 用来维护全局变量，active_symbol_table 是一个指针，指向当前活动的变量符号表，当程序进入到某个函数中时，zend 就会为它分配一个符号表 x 同时将 active_symbol_table 指向 x。通过这样的方式实现全局、局部变量的区分。
zval 结构体
PHP5 中 zval 结构体定义如下：
typedef struct _zval_struct {
zvalue_value value;
zend_uint refcount__gc;
zend_uchar type;
zend_uchar is_ref__gc;
} zval;
zval 结构体中有四个字段：
| 属性名 | 含义 | 默认值 |
|---|---|---|
| value | 存储变量的值 | |
| type | 说明变量的类型 | |
| refcount__gc | 引用计数 | 1 |
| is_ref__gc | 是否为引用 | 0 |
zval 整个结构体占用24字节。
value 是个联合体，用于存储不同类型的值：
typedef union _zvalue_value {
long lval; // 用于 bool 类型、整型和资源类型
double dval; // 用于浮点类型
struct { // 用于字符串
char *val;
int len;
} str;
HashTable *ht; // 用于数组
zend_object_value obj; // 用于对象
zend_ast *ast; // 用于常量表达式(PHP5.6 才有)
} zvalue_value;
首先我们需要了解联合体的概念，联合体中一次只有一个成员是有效，分配的内存与需要内存最多的成员匹配（需要考虑内存对齐）。在这个联合体中最长的长板是 zend_object_value，需要占用 16 个字节，因此这个联合体最少需要占用 16 字节。
type 的值可以是：IS_NULL、IS_BOOL、IS_LONG、IS_DOUBLE、IS_STRING、IS_ARRAY、IS_OBJECT 和 IS_RESOURCE。
#define IS_NULL 0 /* Doesn't use value */
#define IS_LONG 1 /* Uses lval */
#define IS_DOUBLE 2 /* Uses dval */
#define IS_BOOL 3 /* Uses lval with values 0 and 1 */
#define IS_ARRAY 4 /* Uses ht */
#define IS_OBJECT 5 /* Uses obj */
#define IS_STRING 6 /* Uses str */
#define IS_RESOURCE 7 /* Uses lval, which is the resource ID */
引用计数
在 PHP5 中，zval 的内存是单独从堆（heap）中分配的，zval 中 refcount__gc 的值保存 zval 被引用的次数，引用计数如果变成 0，就意味着这个变量已经没用，可以被释放。这里的“引用”不是 PHP 代码中的引用&，而是变量的使用次数。后面两者需要同时出现时会使用“PHP引用”和“引用”来区分两个概念。
写时复制（Copy-On-Write）
对于多个引用来说 zval 只有在没有变化的情况下才是共享的，一旦其中一个引用改变 zval 的值，就需要分离（“separated”）一份 zval，然后修改复制后的 zval。
$a = 43; // $a -> zval_1(type=IS_LONG, value=43, refcount=1)
$b = $a; // $a, $b -> zval_1(type=IS_LONG, value=43, refcount=2)
$c = $b; // $a, $b, $c -> zval_1(type=IS_LONG, value=43, refcount=3)
// zval 分离
$a += 1; // $b, $c -> zval_1(type=IS_LONG, value=43, refcount=2)
// $a -> zval_2(type=IS_LONG, value=44, refcount=1)
unset($b); // $c -> zval_1(type=IS_LONG, value=43, refcount=1)
// $a -> zval_2(type=IS_LONG, value=44, refcount=1)
unset($c); // zval_1 is destroyed, because refcount=0
// $a -> zval_2(type=IS_LONG, value=44, refcount=1)
$a = 1; // $a -> zval_1(type=IS_LONG, value=1, refcount=1, is_ref=0)
$b = &$a; // $a, $b -> zval_1(type=IS_LONG, value=1, refcount=2, is_ref=1)
// zval 分离
$c = $a; // $a, $b -> zval_1(type=IS_LONG, value=1, refcount=2, is_ref=1)
// $c -> zval_2(type=IS_LONG, value=1, refcount=1, is_ref=0)
循环引用
我们来看一段代码：
$a = [];
$a[] = & $a;
unset($a);
首先创建一个数组 a，a 的 refcount 为 1，将数组的第一个元素按引用指向数组自身这时 a 的 zval 的 refcount 变为2，然后再将数组 unset。这时候变量 a 已经被从符号表中删除了，但 zval 的 refcount 变为 1，并没有被销毁。
垃圾回收机制
PHP 5.3 开始 GC 算法使用的是IBM的工程师在论文《Concurrent Cycle Collection in Reference Counted Systems》中提出的算法。
为了解决循环引用的问题，PHP 使用了循环回收的方法。当一个 zval 的计数减一时，就有可能属于循环的一部分，这时将 zval 写入到“根缓冲区（gc_root_buffer）”中。当缓冲区满时，潜在的循环会被打上标记并进行回收。
- 并不是每次refcount减少时都进入回收周期，只有根缓冲区满额后才开始垃圾回收。
- 可以解决循环引用问题。
- 可以总将内存泄露保持在一个阈值以下。
参考
- PHP 内核探索：变量的存储
- 深入理解 PHP7 内核之 zval
- 变量在 PHP7 内部的实现
- 浅谈PHP5中垃圾回收算法(Garbage Collection)的演化