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PHP 直接在共享内存中存储数据集

mot_evans
 mot_evans
发布于 2013/09/28 11:04
字数 3106
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概述

共享内存是一种在相同机器中的应用程序之间交换数据的有效方式。一个进程可创建一个可供其他进程访问的内存段,只要它分配了正确的权限。每个内存段拥有一个惟一的 ID(称为 shmid),这个 ID 指向一个物理内存区域,其他进程可在该区域操作它。创建并提供了合适的权限之后,同一台机器中的其他进程就可以操作这些内存段:读取、写入和删除。

这表明使用 C 语言编写的应用程序可与使用其他语言(比如 Java™ 或 PHP)编写的应用程序共享信息。它们都可以共享信息,只要它们可访问和理解该信息。共享内存在针对大部分语言的实现中得到了广泛使用,所以访问应该不是 问题。要理解信息,我们可以使用一种标准格式,比如 XML 或 JSON。

共享内存的使用是一种在进程之间交换数据的快速方法,主要因为在创建内存段之后传递数据,不会涉及内核。这种方法常常称为进程间通信 (IPC)。其他 IPC 方法包括管道、消息队列、RPC 和套接字。当使用需要彼此通信的应用程序的生态系统时,这种在应用程序之间快速、可靠地交换数据的能力非常有用。取决于生态系统的大小,使用数据库在应用 程序之间交换信息的常用方法常常会导致查询缓慢,甚至 I/O 阻塞。使用共享内存,没有 I/O 会减缓开发人员的进度。

本文的提议非常简单,学习如何使用 PHP 创建和操作共享内存段,使用它们存储可供其他应用程序使用的数据集。即使没有使用共享内存交换数据的计划,它本身也在许多好处,因为它使应用程序能够远离 I/O 问题。将数据集直接存储在内存中具有诸多优势,从 Web 服务数据缓存到会话共享。它是一个非常有用的概念,每个 PHP 开发人员都应该知道。

共享内存和 PHP

PHP 拥有丰富的可用扩展,共享内存也一样。使用一些共享的函数,无需安装任何扩展,开发人员就能够轻松操作内存段。

创建内存段

共享内存函数类似于文件操作函数,但无需处理一个流,您将处理一个共享内存访问 ID。第一个示例就是shmop_open函数,它允许您打开一个现有的内存段或创建一个新内存段。此函数非常类似于经典的fopen函数,后者打开用于文件操作的流,返回一个资源供其他希望读取或写入该打开的流的函数使用。让我们看看清单 1 中的shmop_open。


清单 1.shmop_open函数
<?php

$systemid = 864; // System ID for the shared memory segment
$mode = "c"; // Access mode
$permissions = 0755; // Permissions for the shared memory segment
$size = 1024; // Size, in bytes, of the segment

$shmid = shmop_open($systemid, $mode, $permissions, $size);

?>

该函数中出现的第一个事物是系统 ID 参数。这是标识系统中的共享内存段的数字。第二个参数是访问模式,它非常类似于fopen函数的访问模式。您可以在 4 种不同的模式下访问一个内存段:

  • 模式 “a”,它允许您访问只读内存段
  • 模式 “w”,它允许您访问可读写的内存段
  • 模式 “c”,它创建一个新内存段,或者如果该内存段已存在,尝试打开它进行读写
  • 模式 “n”,它创建一个新内存段,如果该内存段已存在,则会失败

第三个参数是内存段的权限。您必须在这里提供一个八进制值。

第四个参数提供内存段大小,以字节为单位。在写入一个内存段之前,您必须在它之上分配适当的字节数。

请注意,此函数返回一个 ID 编号,其他函数可使用该 ID 编号操作该共享内存段。这个 ID 是共享内存访问 ID,与系统 ID 不同,它以参数的形式传递。请注意不要混淆这两者。如果失败,shmop_open将返回 FALSE。

向内存段写入数据

使用shmop_write函数向共享内存块写入数据。此函数的使用很简单,它仅接受 3 个参数,如清单 2 所示。


清单 2. 使用shmop_write向共享内存块写入数据
<?php

$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);

?>

这个函数类似于fwrite函数,后者有两个参数:打开的流资源(由fopen返回)和您希望写入的数据。shmop_write函数也执行此任务。

第一个参数是shmop_open返回的 ID,它识别您操作的共享内存块。第二个参数是您希望存储的数据,最后的第三个参数是您希望开始写入的位置。默认情况下,我们始终使用 0 来表示开始写入的位置。请注意,此函数在失败时会返回 FALSE,在成功时会返回写入的字节数。

从内存段读取数据

从共享内存段读取数据很简单。您只需要一个打开的内存段和shmop_read函数。此函数接受一些参数,工作原理类似于fread。参见清单 3,读取一个 PHP 文件的内容。


清单 3. 使用shmop_read读取一个文件的内容
<?php

$stream = fopen('file.txt', 'r+');
fwrite($stream, "Hello World!");
echo fread($stream, 11);

?>

读取共享内存段的内容的过程与此类似,如清单 4 所示:


清单 4. 读取共享内存段的内容
<?php

$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);
echo shmop_read($shmid, 0, 11);

?>

请留意这里的参数。shmop_read函数将接受shmop_open返回的 ID,我们已知道它,不过它还接受另外两个参数。第二个参数是您希望从内存段读取的位置,而第三个是您希望读取的字节数。第二个参数可以始终为 0,表示数据的开头,但第三个参数可能存在问题,因为我们不知道我们希望读取多少字节。

这非常类似于我们在fread函数中的行为,该函数接受两个参数:打开的流资源(由fopen返回)和您希望从该流读取的字节数。使用filesize函数(它返回一个文件中的字节数)来完整地读取它。

幸运的是,当使用共享内存段时,shmop_size函数返回一个内存段的大小(以字节为单位),类似于filesize函数。参见清单 5。


清单 5.shmop_size函数返回内存段大小,以字节为单位
<?php

$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);

$size = shmop_size($shmid);
echo shmop_read($shmid, 0, $size);

?>

删除内存段

我们学习了如何打开、写入和读取共享内存段。要完成我们的 CRUD 类,我们还需要学习如何删除内存段。该任务可使用shmop_delete函数轻松完成,该函数仅接受一个参数:我们希望删除的共享内存 ID。


清单 6.shmop_delete标记要删除的内存段
<?php

$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);
shmop_delete($shmid);

?>

这不会实际删除该内存段。它将该内存段标记为删除,因为共享内存段在有其他进程正在使用它时无法被删除。shmop_delete函数将该内存段标记为删除,阻止任何其他进程打开它。要删除它,我们需要关闭该内存段。

关闭内存段

打开一个共享内存段会 “附加” 到它。附加该内存段之后,我们可在其中进行读取和写入,但完成操作后,我们必须从它解除。这使用清单 7 中的shmop_close函数来完成。

这非常类似于处理文件时的fclose函数。打开包含一个文件的流并在其中读取或写入数据后,我们必须关闭它,否则将发生锁定。


清单 7. 使用shmop_close与一个内存段分开
<?php

$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);
shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);
shmop_delete($shmid);
shmop_close($shmid);

?>

使用共享内存作为一个存储选项

有了共享内存和共享内存段上基本 CRUD 操作的基本知识,是时候应用此知识了。我们可以使用共享内存作为一种独特的存储选项,提供快速读/写操作和进程互操作性等优势。对于 Web 应用程序,这意味着:

  • 缓存存储(数据库查询、Web 服务数据、外部数据)
  • 会话存储
  • 应用程序之间的数据交换

在继续之前,我想介绍一个名为 SimpleSHM 小型库。SimpleSHM 是一个较小的抽象层,用于使用 PHP 操作共享内存,支持以一种面向对象的方式轻松操作内存段。在编写使用共享内存进行存储的小型应用程序时,这个库可帮助创建非常简洁的代码。要了解 SimpleSHM,请访问 GitHub 页面

您可以使用 3 个方法进行处理:读、写和删除。从该类中简单地实例化一个对象,可以控制打开的共享内存段。清单 8 展示了基本用途。


清单 8. SimpleSHM 基本用途
<?php

$memory = new SimpleSHM;
$memory->write('Sample');
echo $memory->read();

?>

请注意,这里没有为该类传递一个 ID。如果没有传递 ID,它将随机选择一个编号并打开该编号的新内存段。我们可以以参数的形式传递一个编号,供构造函数打开现有的内存段,或者创建一个具有特定 ID 的内存段,如清单 9 所示。


清单 9. 打开一个特定的内存段
<?php

$new = new SimpleSHM(897);
$new->write('Sample');
echo $new->read();

?>

神奇的方法__destructor负责在该内存段上调用shmop_close来取消设置对象,以与该内存段分离。我们将这称为 “SimpleSHM 101”。现在让我们将此方法用于更高级的用途:使用共享内存作为存储。存储数据集需要序列化,因为数组或对象无法存储在内存中。尽管这里使用了 JSON 来序列化,但任何其他方法(比如 XML 或内置的 PHP 序列化功能)也已足够。清单 10 给出了一个示例。


清单 10. 使用共享内存作为存储
<?php

require('SimpleSHM.class.php');

$results = array(
	'user' => 'John',
	'password' => '123456',
	'posts' => array('My name is John', 'My name is not John')
);

$data = json_encode($results);

$memory = new SimpleSHM;
$memory->write($data);
$storedarray = json_decode($memory->read());

print_r($storedarray);

?>

我们成功地将一个数组序列化为一个 JSON 字符串,将它存储在共享内存块中,从中读取数据,去序列化 JSON 字符串,并显示存储的数组。这看起来很简单,但请想象一下这个代码片段带来的可能性。您可以使用它存储 Web 服务请求、数据库查询或者甚至模板引擎缓存的结果。在内存中读取和写入将带来比在磁盘中读取和写入更高的性能。

使用此存储技术不仅对缓存有用,也对应用程序之间的数据交换也有用,只要数据以两端都可读的格式存储。不要低估共享内存在 Web 应用程序中的力量。可采用许多不同的方式来巧妙地实现这种存储,惟一的限制是开发人员的创造力和技能。

结束语

本文介绍了用于操作共享内存段的 PHP 工具包中的大部分工具,解释了共享内存的工作原理。此外,还提供了改进 Web 应用程序的建议,列出了在为 Web 应用程序问题创建解决方案时要考虑的一些因素。这些概念和实现指南可帮助您建立一个起点。我们构建的早期模型可帮助您构想更复杂的特性和解决方案。


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引用来自“我喜欢吴佳旻”的评论

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