php - PHP内存实际如何工作

Question

我一直都在听和搜索新的php“好的写作习惯”，例如:检查数组键是否比在数组中搜索更好(以提高性能)，但对于内存似乎也更好:

假设我们有:

$array = array
(
    'one'   => 1,
    'two'   => 2,
    'three' => 3,
    'four'  => 4,
);

这会分配1040字节的内存，

和

$array = array
(
    1 => 'one',
    2 => 'two',
    3 => 'three',
    4 => 'four',
);

需要1136字节

我知道key和value肯定会有不同的存储机制，但是
请您能实际给我指出该原理是如何工作的吗？

示例2(用于@teuneboon):

$array = array
(
    'one'   => '1',
    'two'   => '2',
    'three' => '3',
    'four'  => '4',
);

1168字节

$array = array
(
    '1' => 'one',
    '2' => 'two',
    '3' => 'three',
    '4' => 'four',
);

1136字节

消耗相同的内存:

4 => 'four',

'4' => 'four',

Answer 1

注意，下面的答案适用于版本7之前的php ，因为PHP 7中引入了主要更改，其中还涉及值结构。

TL; DR

您的问题实际上不是关于“内存如何在PHP中工作”(在这里，我假设您的意思是“内存分配”)，而是关于“数组如何在PHP中工作”-这两个问题是不同的。总结以下内容:

PHP数组不是经典意义上的“数组”。它们是哈希图

用于PHP数组的哈希映射具有特定的结构，并使用许多其他存储内容，例如内部链接指针

PHP哈希映射的

哈希映射项还使用其他字段来存储信息。而且-是的，不仅字符串/整数键很重要，而且字符串本身就是用于键的字符串本身也很重要。

带有字符串键的

选项在内存量方面将“获胜”，因为这两个选项都将被哈希化为ulong(无符号长)键哈希映射，因此真正的区别在于值，其中string-keys选项具有整数(固定长度)值，而整数键选项具有字符串(取决于字符的长度)值。但是由于可能发生的冲突，这种情况可能并不总是正确的。

“字符串数字”键(例如'4')将被视为整数键，并因为它是整数键而转换为整数哈希结果。因此，'4'=>'foo'和4 => 'foo'是相同的东西。

另外，重要的注意事项:此处的图形是PHP internals book的版权

适用于PHP数组的哈希图

PHP数组和C数组

您应该意识到一件非常重要的事情:PHP是用C编写的，根本没有诸如“关联数组”之类的东西。因此，在C中，“数组”正是“数组”的含义-即，它只是内存中的连续区域，可以通过连续的偏移量对其进行访问。您的“键”只能是数字，整数，并且只能是连续的(从零开始)。例如，您不能在那里使用3，-6，'foo'作为您的“键”。

因此，要实现PHP中的数组，有一个hash-map选项，它使用哈希函数对您的键进行哈希处理并将它们转换为整数，该整数可用于C数组。但是，该函数将永远无法在字符串键及其整数散列结果之间创建bijection。而且很容易理解为什么:因为字符串集的cardinality比整数集的基数大得多。让我们用示例进行说明:我们将重新计算所有长度不超过10的字符串，这些字符串仅包含字母数字符号(因此，0-9，a-z和A-Z，总共62个):总共可能有6210个字符串。大约是 8.39E + 17 。将它与 4E + 9 进行比较，我们对无符号整数(长整数，32位)类型有这种理解，您就会明白-将会发生冲突。

PHP哈希映射键和冲突

现在，要解决冲突，PHP会将具有相同哈希函数结果的项目放在一个链接列表中。因此，哈希映射将不只是“哈希元素列表”，而是存储指向元素列表的指针(某些列表中的每个元素都具有相同的哈希函数键)。这就是您将如何影响内存分配的地方:如果您的数组具有不会导致冲突的字符串键，则这些列表内不需要其他指针，因此将减少内存量(实际上，它是开销很小，但是，由于我们在谈论精确的内存分配，因此应该考虑到这一点)。而且，以同样的方式，如果您的字符串键将导致许多冲突，则将创建更多的额外指针，因此总存储量将更多。

为了说明这些列表中的关系，下面是一个图形:

上面是PHP在应用哈希函数后如何解决冲突的方法。因此，您要解决的问题之一就是冲突解决列表中的指针。此外，链接列表的元素通常称为存储桶，而包含指向这些列表的开头的指针的数组在内部称为arBuckets。由于结构优化(因此，为了使元素删除等操作更快)，真实列表元素具有两个指针，前一个元素和下一个元素-但这只会使非冲突/冲突数组的内存量差异变大，但不会改变概念本身。

还有一个列表:订购

要完全支持PHP中的数组，还需要维护顺序，因此可以使用另一个内部列表来实现。数组的每个元素也是该列表的成员。就内存分配而言，这不会有任何区别，因为应该在两个选项中都保留此列表，但是为了全面介绍，我要提到此列表。这是图形:

除了pListLast和pListNext之外，还存储了指向订单列表开头和结尾的指针。同样，它与您的问题没有直接关系，但是我将进一步转储内部存储桶结构，其中存在这些指针。

内部的数组元素

现在我们准备开始研究:什么是数组元素，所以bucket:

typedef struct bucket {
    ulong h;
    uint nKeyLength;
    void *pData;
    void *pDataPtr;
    struct bucket *pListNext;
    struct bucket *pListLast;
    struct bucket *pNext;
    struct bucket *pLast;
    char *arKey;
} Bucket;

我们来了:

h是key的整数(ulong)值，它是哈希函数的结果。对于整数键，它的格式为，与键本身的格式相同(哈希函数返回自身)

pNext/pLast是冲突解决链表

中的指针

pListNext/pListLast是顺序分辨率链表

中的指针

pData是指向存储值的指针。实际上，值与创建数组时插入的值不同，它是副本，但是为了避免不必要的开销，PHP使用了pDataPtr(so pData = &pDataPtr)

从这个角度出发，您可能会发现下一个区别:字符串键将被散列(因此，h始终为ulong，因此大小相同)，这将取决于存储在值中的内容。因此，对于您的string-keys数组，将有整数值，而对于integer-keys数组，将有字符串值，这有所作为。但是-不，这不是神奇的:您不能一直以这种方式存储字符串键来“保存内存”，因为如果您的键很大并且会有很多键，它将导致碰撞开销(嗯，很有可能，但是当然不能保证)。它仅对任意短字符串“起作用”，不会引起很多冲突。

哈希表本身

已经讨论过元素(存储桶)及其结构，但是哈希表本身也存在，实际上是数组数据结构。因此，它称为 _hashtable :

typedef struct _hashtable {
    uint nTableSize;
    uint nTableMask;
    uint nNumOfElements;
    ulong nNextFreeElement;
    Bucket *pInternalPointer;   /* Used for element traversal */
    Bucket *pListHead;
    Bucket *pListTail;
    Bucket **arBuckets;
    dtor_func_t pDestructor;
    zend_bool persistent;
    unsigned char nApplyCount;
    zend_bool bApplyProtection;
#if ZEND_DEBUG
    int inconsistent;
#endif
} HashTable;

我不会描述所有字段，因为我已经提供了很多信息，而这仅与问题有关，但是我将简要描述此结构:

arBuckets是上面描述的内容，存储桶是

pListHead/pListTail是订单解决方案列表的指针

nTableSize确定哈希表的大小。这与内存分配直接相关:nTableSize始终为2的幂。因此，数组中有13或14个元素都没有关系:实际大小将为16。要估计数组大小时，请考虑到这一点。

结论

很难预测，在您的情况下，一个数组是否会比另一个数组大。是的，有一些遵循内部结构的准则，但是如果字符串键的长度与整数值(例如，示例中的'four'，'one')相当，那么实际的区别就在于-发生了多少次碰撞，发生了多少次碰撞分配了字节来保存值。

但是选择合适的结构应该是有意义的，而不是内存。如果您打算建立相应的索引数据，那么选择总是显而易见的。上面的文章仅是一个目标:展示数组在PHP中的实际工作方式，以及在示例中您可以找到内存分配差异的地方。

您还可以查看有关PHP中的数组和哈希表的文章:PHP内部人员手册中的Hash-tables in PHP:我从那里开始使用了一些图形。另外，要了解如何在PHP中分配值，请查看zval Structure文章，它可能会帮助您了解数组值的字符串和整数分配之间的区别。我在这里没有包括它的解释，因为对我来说更重要的一点是-显示数组数据结构以及在您的问题的字符串键/整数键的上下文中可能有什么不同。