PHP数组内存利用率低和弱类型详细解读
这两天任务提前完成,可以喘口气沉淀一下,深入学习学习PHP。其实本来是想了解一下PHP性能优化相关的东西,但被网上的一句“PHP数组内存利用率低,C语言100MB的内存数组,PHP里需要1G”惊到了。PHP真的这么耗内存么?于是借此机会了解了PHP的数据类型实现方式。
先来做个测试:
'; $start=memory_get_usage(); $a=Array(); for($i=0;$i<1000;$i++){ $a[$i]=$i+$i; } $end=memory_get_usage(); echomemory_get_usage(),'
'; echo'argv:',($end-$start)/1000,'bytes','
';
所得结果:
353352
437848
argv:84.416bytes
1000个元素的整数数组耗费内存(437848-353352)字节,约合82KB,也就是说每个元素所占内存84字节。在C语言中,一个int占位是4字节,整体相差了20倍。
但是网上又说memery_get_usage()返回的结果不全是数组占用,还包括PHP本身的一些结构,因此,换种方式,采用PHP内置函数生成数组试试:
';
输出为:
argv:54.5792byte
比刚才略好,但也54字节,确实差了10倍左右。
究其原因,还得从PHP的底层实现说起。PHP是一种弱类型的语言,不分int,double,string之类的,统一一个'$'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:
typedefstruct_zval_structzval; struct_zval_struct{ /*Variableinformation*/ zvalue_valuevalue;/*Thevalue112字节(32位机是12,64位机需要8+4+4=16)*/ zend_uintrefcount__gc;/*Thenumberofreferencestothisvalue(forGC)4字节*/ zend_uchartype;/*Theactivetype1字节*/ zend_ucharis_ref__gc;/*Whetherthisvalueisareference(&)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:
typedefunion_zvalue_value{ longlval;/*longvalue*/ doubledval;/*doublevalue*/ struct{/*stringvalue*/ char*val; intlen; }str; HashTable*ht;/*hashtablevalue*/ zend_object_valueobj;/*objectvalue*/ }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:
typedefstruct_hashtable{ uintnTableSize;//表长度,并非元素个数 uintnTableMask;//表的掩码,始终等于nTableSize-1 uintnNumOfElements;//存储的元素个数 ulongnNextFreeElement;//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_tpDestructor;//析构函数 zend_boolpersistent;//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。 unsignedcharnApplyCount; zend_boolbApplyProtection; }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:
typedefstructbucket{ ulongh;//数组索引 uintnKeyLength;//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 structbucket*pListNext; structbucket*pListLast; structbucket*pNext;//双向链表的下一个元素的地址 structbucket*pLast;//双向链表的下一个元素地址 chararKey[1];/*Mustbelastelement*/ }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10kx10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。
PHP数组内存利用率低的原因,讲到这里,接下来的文章将解读PHP数组操作的具体实现。
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