PHP數組內存利用率低和弱類型的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關PHP數組內存利用率低和弱類型的示例分析的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

這兩天任務提前完成，可以喘口氣沉淀一下，深入學習學習PHP。其實本來是想了解一下PHP性能優化相關的東西，但被網上的一句“PHP數組內存利用率低，C語言100MB的內存數組，PHP里需要1G”驚到了。PHP真的這么耗內存么？于是借此機會了解了PHP的數據類型實現方式。

先來做個測試：

<?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>';

所得結果：

    353352
    437848
    argv:84.416bytes

1000個元素的整數數組耗費內存(437848 - 353352)字節，約合82KB，也就是說每個元素所占內存84字節。在C語言中，一個int占位是4字節，整體相差了20倍。

但是網上又說memery_get_usage()返回的結果不全是數組占用，還包括PHP本身的一些結構，因此，換種方式，采用PHP內置函數生成數組試試：

<?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>';

 輸出為：

argv:54.5792byte

比剛才略好，但也54字節，確實差了10倍左右。

究其原因，還得從PHP的底層實現說起。PHP是一種弱類型的語言，不分int，double，string之類的，統一一個'$'就能解決所有問題。PHP底層由C語言實現，每個變量都對應一個zval結構，其詳細定義為：

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

PHP使用union結構來存儲變量的值，zval中zvalue_value類型的value變量即為一個union，定義如下：

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類型占用內存的大小有其最大的成員所占的數據空間決定。在zvalue_value中，str結構體的int占4字節，char指針占4字節，故整個zvalue_value所占內存為8字節。

zval的大小即為8 + 4 + 1 + 1 = 14字節。

注意到zvalue_value中還有一個HashTable是做什么的？zval中，數組、字符串和對象還需要另外的存儲結構，數組的存儲結構即為HashTable。

HashTable定義給出：

typedef struct _hashtable { 
   uint nTableSize; //表長度，并非元素個數 
   uint nTableMask;//表的掩碼，始終等于nTableSize-1 
   uint nNumOfElements;//存儲的元素個數 
   ulong nNextFreeElement;//指向下一個空的元素位置 
   Bucket *pInternalPointer;//foreach循環時，用來記錄當前遍歷到的元素位置 
   Bucket *pListHead; 
   Bucket *pListTail; 
   Bucket **arBuckets;//存儲的元素數組 
   dtor_func_t pDestructor;//析構函數 
   zend_bool persistent;//是否持久保存。從這可以發現，PHP數組是可以實現持久保存在內存中的，而無需每次請求都重新加載。 
   unsigned char nApplyCount; 
   zend_bool bApplyProtection; 
} HashTable;

除了幾個記錄table大小，所含元素數量的屬性變量外，Bucket被多次使用到，Bucket是如何定義的：

typedef struct bucket { 
   ulong h; //數組索引 
   uint nKeyLength; //字符串索引的長度 
   void *pData; //實際數據的存儲地址 
   void *pDataPtr; //引入的數據存儲地址 
   struct bucket *pListNext; 
   struct bucket *pListLast; 
   struct bucket *pNext; //雙向鏈表的下一個元素的地址 
   struct bucket *pLast;//雙向鏈表的下一個元素地址 
   char arKey[1]; /* Must be last element */ 
} Bucket;

有點像一個鏈表，Bucket就像是一個鏈表節點，有具體的數據和指針，而HashTable就是一個array，保存著一串Bucket元素。PHP中多維數組的實現，不過就是Bucket里面存著另一個HashTable罷了。

算一算HashTable需要占用39個字節，Bucket需要33個字節。一個空的數組就需要占用14 + 39 + 33 = 86個字節。Bucket 結構需要 33 個字節，鍵長超過四個字節的部分附加在 Bucket 后面，而元素值很可能是一個 zval 結構，另外每個數組會分配一個由 arBuckets 指向的 Bucket 指針數組， 雖然不能說每增加一個元素就需要一個指針，但是實際情況可能更糟。這么算來一個數組元素就會占用 54 個字節，與上面的估算幾乎一樣。

從空間的角度來看，小型數組平均代價較大，當然一個腳本中不會充斥數量很大的小型數組，可以以較小的空間代價來獲取編程上的快捷。但如果將數組當作容器來使用就是另一番景象了，實際應用經常會遇到多維數組，而且元素居多。比如10k個元素的一維數組大概消耗540k內存，而10k x 10 的二維數組理論上只需要 6M 左右的空間，但是按照 memory_get_usage 的結果則兩倍于此，[10k,5,2]的三維數組居然消耗了23M，小型數組確實是劃不來的。

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