PHP数组内存利用率低和弱类型解读-转载

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所属分类:PHP PHP 建站 语言学习

先来做个测试:

<?php  
    echo memory_get_usage() , '<br>';  
    $start = memory_get_usage();  
    $a = Array();  
    for ($i=0; $i<1000; $i++) {  
      $a[$i] = $i + $i;  
    }  
    $end =  memory_get_usage();  
    echo memory_get_usage() , '<br>';  
    echo 'argv:', ($end - $start)/1000 ,'bytes' , '<br>';  

所得结果:

    353352
    437848
    argv:84.416bytes

1000个元素的整数数组耗费内存(437848 - 353352)字节,约合82KB,也就是说每个元素所占内存84字节。在C语言中,一个int占位是4字节,整体相差了20倍。
但是网上又说memery_get_usage()返回的结果不全是数组占用,还包括PHP本身的一些结构,因此,换种方式,采用PHP内置函数生成数组试试:

<?php  
    $start = memory_get_usage();  
    $a = array_fill(0, 10000, 1);  
    $end = memory_get_usage(); //10k elements array;  
    echo 'argv:', ($end - $start )/10000,'byte' , '<br>';  

输出为:

  argv:54.5792byte

比刚才略好,但也54字节,确实差了10倍左右。
究其原因,还得从PHP的底层实现说起。PHP是一种弱类型的语言,不分int,double,string之类的,统一一个'$'就能解决所有问题。PHP底层由C语言实现,每个变量都对应一个zval结构,其详细定义为:

typedef struct _zval_struct zval;  
struct _zval_struct {  
    /* Variable information */  
    zvalue_value value;     /* The value 1 12字节(32位机是12,64位机需要8+4+4=16) */  
    zend_uint refcount__gc; /* The number of references to this value (for GC) 4字节 */  
    zend_uchar type;        /* The active type 1字节*/  
    zend_uchar is_ref__gc;  /* Whether this value is a reference (&) 1字节*/  
}; 

PHP使用union结构来存储变量的值,zval中zvalue_value类型的value变量即为一个union,定义如下:

typedef union _zvalue_value {  
    long lval;                  /* long value */  
    double dval;                /* double value */  
    struct {                    /* string value */  
        char *val;  
        int len;  
    } str;   
    HashTable *ht;              /* hash table value */  
    zend_object_value obj;      /*object value */  
} zvalue_value;  

union类型占用内存的大小有其最大的成员所占的数据空间决定。在zvalue_value中,str结构体的int占4字节,char指针占4字节,故整个zvalue_value所占内存为8字节。
zval的大小即为8 + 4 + 1 + 1 = 14字节。
注意到zvalue_value中还有一个HashTable是做什么的?zval中,数组、字符串和对象还需要另外的存储结构,数组的存储结构即为HashTable。
HashTable定义给出:

typedef struct _hashtable {  
     uint nTableSize; //表长度,并非元素个数  
     uint nTableMask;//表的掩码,始终等于nTableSize-1  
     uint nNumOfElements;//存储的元素个数  
     ulong nNextFreeElement;//指向下一个空的元素位置  
     Bucket *pInternalPointer;//foreach循环时,用来记录当前遍历到的元素位置  
     Bucket *pListHead;  
     Bucket *pListTail;  
     Bucket **arBuckets;//存储的元素数组  
     dtor_func_t pDestructor;//析构函数  
     zend_bool persistent;//是否持久保存。从这可以发现,PHP数组是可以实现持久保存在内存中的,而无需每次请求都重新加载。  
     unsigned char nApplyCount;  
     zend_bool bApplyProtection;  
} HashTable; 

除了几个记录table大小,所含元素数量的属性变量外,Bucket被多次使用到,Bucket是如何定义的:

typedef struct bucket {  
     ulong h; //数组索引  
     uint nKeyLength; //字符串索引的长度  
     void *pData; //实际数据的存储地址  
     void *pDataPtr; //引入的数据存储地址  
     struct bucket *pListNext;  
     struct bucket *pListLast;  
     struct bucket *pNext; //双向链表的下一个元素的地址  
     struct bucket *pLast;//双向链表的下一个元素地址  
     char arKey[1]; /* Must be last element */  
} Bucket; 

有点像一个链表,Bucket就像是一个链表节点,有具体的数据和指针,而HashTable就是一个array,保存着一串Bucket元素。PHP中多维数组的实现,不过就是Bucket里面存着另一个HashTable罢了。
算一算HashTable需要占用39个字节,Bucket需要33个字节。一个空的数组就需要占用14 + 39 + 33 = 86个字节。Bucket 结构需要 33 个字节,键长超过四个字节的部分附加在 Bucket 后面,而元素值很可能是一个 zval 结构,另外每个数组会分配一个由 arBuckets 指向的 Bucket 指针数组, 虽然不能说每增加一个元素就需要一个指针,但是实际情况可能更糟。这么算来一个数组元素就会占用 54 个字节,与上面的估算几乎一样。
从空间的角度来看,小型数组平均代价较大,当然一个脚本中不会充斥数量很大的小型数组,可以以较小的空间代价来获取编程上的快捷。但如果将数组当作容器来使用就是另一番景象了,实际应用经常会遇到多维数组,而且元素居多。比如10k个元素的一维数组大概消耗540k内存,而10k x 10 的二维数组理论上只需要 6M 左右的空间,但是按照 memory_get_usage 的结果则两倍于此,[10k,5,2]的三维数组居然消耗了23M,小型数组确实是划不来的。

作者:Chuck_Hu
链接:https://www.jianshu.com/p/ef0c91be06a0
来源:简书

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