目錄

• 衡量成功
• 我們有什么選擇？
• 逐行讀取文件
• 文件之間的管道
• 其他流
• 過(guò)濾器
• 自定義流
• 創(chuàng)建自定義協(xié)議和過(guò)濾器
• 總結(jié)

衡量成功

唯一能確認(rèn)我們對(duì)代碼所做改進(jìn)是否有效的方式是：衡量一個(gè)糟糕的情況，然后對(duì)比我們已經(jīng)應(yīng)用改進(jìn)后的衡量情況。換言之，除非我們知道 “解決方案” 能幫我們到什么程度 (如果有的話)，否則我們并不知道它是否是一個(gè)解決方案。

我們可以關(guān)注兩個(gè)指標(biāo)。首先是 CPU 使用率。我們要處理的過(guò)程運(yùn)行得有多快或多慢？其次是內(nèi)存使用率。腳本執(zhí)行要占用多少內(nèi)存？這些通常是成反比的 — 這意味著我們能夠以 CPU 使用率為代價(jià)減少內(nèi)存的使用率，反之亦可。

在一個(gè)異步處理模型 (例如多進(jìn)程或多線程 PHP 應(yīng)用程序) 中，CPU 和內(nèi)存使用率都是重要的考量。在傳統(tǒng) PHP 架構(gòu)中，任一達(dá)到服務(wù)器所限時(shí)這些通常都會(huì)成為一個(gè)麻煩。

測(cè)量 PHP 內(nèi)部的 CPU 使用率是難以實(shí)現(xiàn)的。如果你確實(shí)關(guān)注這一塊，可用考慮在 Ubuntu 或 macOS 中使用類似于 top 的命令。對(duì)于 Windows，則可用考慮使用 Linux 子系統(tǒng)，這樣你就能夠在 Ubuntu 中使用 top 命令了。

在本教程中，我們將測(cè)量?jī)?nèi)存使用情況。我們將看一下 “傳統(tǒng)” 腳本會(huì)使用多少內(nèi)存。我們也會(huì)實(shí)現(xiàn)一些優(yōu)化策略并對(duì)它們進(jìn)行度量。最后，我希望你能做一個(gè)合理的選擇。

以下是我們用于查看內(nèi)存使用量的方法：

// formatBytes 方法取材于 php.net 文檔
memory_get_peak_usage();
function formatBytes($bytes, $precision = 2) {
    $units = array("b", "kb", "mb", "gb", "tb");
    $bytes = max($bytes, 0);
    $pow = floor(($bytes ? log($bytes) : 0) / log(1024));
    $pow = min($pow, count($units) - 1);
    $bytes /= (1 << (10 * $pow));
    return round($bytes, $precision) . " " . $units[$pow];
}

我們將在腳本的結(jié)尾處使用這些方法，以便于我們了解哪個(gè)腳本一次使用了最多的內(nèi)存。

我們有什么選擇？

我們有許多方法來(lái)有效地讀取文件。有以下兩種場(chǎng)景會(huì)使用到他們。我們可能希望同時(shí)讀取和處理所有數(shù)據(jù)，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出或者執(zhí)行其他操作。 我們還可能希望對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)換而不需要訪問(wèn)到這些數(shù)據(jù)。

想象以下，對(duì)于第一種情況，如果我們希望讀取文件并且把每 10,000 行的數(shù)據(jù)交給單獨(dú)的隊(duì)列進(jìn)行處理。我們則需要至少把 10,000 行的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，然后把它們交給隊(duì)列管理器（無(wú)論使用哪種）。

對(duì)于第二種情況，假設(shè)我們想要壓縮一個(gè) API 響應(yīng)的內(nèi)容，這個(gè) API 響應(yīng)特別大。雖然這里我們不關(guān)心它的內(nèi)容是什么，但是我們需要確保它被以一種壓縮格式備份起來(lái)。

這兩種情況，我們都需要讀取大文件。不同的是，第一種情況我們需要知道數(shù)據(jù)是什么，而第二種情況我們不關(guān)心數(shù)據(jù)是什么。接下來(lái)，讓我們來(lái)深入討論一下這兩種做法.

逐行讀取文件

PHP 處理文件的函數(shù)很多，讓我們將其中一些函數(shù)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的文件閱讀器

// from memory.php
function formatBytes($bytes, $precision = 2) {
    $units = array("b", "kb", "mb", "gb", "tb");
    $bytes = max($bytes, 0);
    $pow = floor(($bytes ? log($bytes) : 0) / log(1024));
    $pow = min($pow, count($units) - 1);
    $bytes /= (1 << (10 * $pow));
    return round($bytes, $precision) . " " . $units[$pow];
}
print formatBytes(memory_get_peak_usage());
// from reading-files-line-by-line-1.php
function readTheFile($path) {
    $lines = [];
    $handle = fopen($path, "r");
    while(!feof($handle)) {
        $lines[] = trim(fgets($handle));
    }
    fclose($handle);
    return $lines;
}
readTheFile("shakespeare.txt");
require "memory.php";

我們正在閱讀一個(gè)包括莎士比亞全部著作的文本文件。該文件大小大約為 5.5 MB。內(nèi)存使用峰值為 12.8 MB?，F(xiàn)在，讓我們使用生成器來(lái)讀取每一行：

// from reading-files-line-by-line-2.php
function readTheFile($path) {
    $handle = fopen($path, "r");
    while(!feof($handle)) {
        yield trim(fgets($handle));
    }
    fclose($handle);
}
readTheFile("shakespeare.txt");
require "memory.php";

文件大小相同，但是內(nèi)存使用峰值為 393 KB。這個(gè)數(shù)據(jù)意義大不大，因?yàn)槲覀冃枰尤雽?duì)文件數(shù)據(jù)的處理。例如，當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)空白行時(shí)，將文檔拆分為多個(gè)塊：

// from reading-files-line-by-line-3.php
$iterator = readTheFile("shakespeare.txt");
$buffer = "";
foreach ($iterator as $iteration) {
    preg_match("/n{3}/", $buffer, $matches);
    if (count($matches)) {
        print ".";
        $buffer = "";
    } else {
        $buffer .= $iteration . PHP_EOL;
    }
}
require "memory.php";

有人猜測(cè)這次使用多少內(nèi)存嗎？即使我們將文本文檔分為 126 個(gè)塊，我們?nèi)匀恢皇褂?459 KB 的內(nèi)存。鑒于生成器的性質(zhì)，我們將使用的最大內(nèi)存是在迭代中需要存儲(chǔ)最大文本塊的內(nèi)存。在這種情況下，最大的塊是 101985 個(gè)字符。

生成器還有其他用途，但顯然它可以很好的讀取大型文件。如果我們需要處理數(shù)據(jù)，生成器可能是最好的方法。

文件之間的管道

在不需要處理數(shù)據(jù)的情況下，我們可以將文件數(shù)據(jù)從一個(gè)文件傳遞到另一個(gè)文件。這通常稱為管道 (大概是因?yàn)槌藘啥酥?，我們看不到管道?nèi)的任何東西，當(dāng)然，只要它是不透明的)。我們可以通過(guò)流 (stream) 來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先，我們編寫一個(gè)腳本實(shí)現(xiàn)一個(gè)文件到另一個(gè)文件的傳輸，以便我們可以測(cè)量?jī)?nèi)存使用情況：

// from piping-files-1.php
file_put_contents(
    "piping-files-1.txt", file_get_contents("shakespeare.txt")
);
require "memory.php";

結(jié)果并沒(méi)有讓人感到意外。該腳本比其復(fù)制的文本文件使用更多的內(nèi)存來(lái)運(yùn)行。這是因?yàn)槟_本必須在內(nèi)存中讀取整個(gè)文件直到將其寫入另外一個(gè)文件。對(duì)于小的文件而言，這種操作是 OK 的。但是將其用于大文件時(shí)，就不是那么回事了。

讓我們嘗試從一個(gè)文件流式傳輸 (或管道傳輸) 到另一個(gè)文件：

// from piping-files-2.php
$handle1 = fopen("shakespeare.txt", "r");
$handle2 = fopen("piping-files-2.txt", "w");
stream_copy_to_stream($handle1, $handle2);
fclose($handle1);
fclose($handle2);
require "memory.php";

這段代碼有點(diǎn)奇怪。我們打開(kāi)兩個(gè)文件的句柄，第一個(gè)處于讀取模式，第二個(gè)處于寫入模式。然后，我們從第一個(gè)復(fù)制到第二個(gè)。我們通過(guò)再次關(guān)閉兩個(gè)文件來(lái)完成。當(dāng)你知道內(nèi)存使用為 393 KB 時(shí)，可能會(huì)感到驚訝。這個(gè)數(shù)字看起來(lái)很熟悉，這不就是利用生成器保存逐行讀取內(nèi)容時(shí)所使用的內(nèi)存嗎。這是因?yàn)閒gets的第二個(gè)參數(shù)定義了每行要讀取的字節(jié)數(shù) (默認(rèn)為-1或到達(dá)新行之前的長(zhǎng)度)。stream_copy_to_stream 的第三個(gè)參數(shù)是相同的（默認(rèn)值完全相同）。stream_copy_to_stream 一次從一個(gè)流讀取一行，并將其寫入另一流。由于我們不需要處理該值，因此它會(huì)跳過(guò)生成器產(chǎn)生值的部分

單單傳輸文字還不夠?qū)嵱?，所以考慮下其他例子。假設(shè)我們想從 CDN 輸出圖像，可以用以下代碼來(lái)描述

// from piping-files-3.php
file_put_contents(
    "piping-files-3.jpeg", file_get_contents(
        "https://github.com/assertchris/uploads/raw/master/rick.jpg"
    )
);
// ...or write this straight to stdout, if we don't need the memory info
require "memory.php";

想象一下應(yīng)用程度執(zhí)行到該步驟。這次我們不是要從本地文件系統(tǒng)中獲取圖像，而是從 CDN 獲取。我們用 file_get_contents 代替更優(yōu)雅的處理方式 (例如 Guzzle)，它們的實(shí)際效果是一樣的。

內(nèi)存使用情況為 581KB，現(xiàn)在，我們?nèi)绾螄L試進(jìn)行流傳輸呢？

// from piping-files-4.php
$handle1 = fopen(
"https://github.com/assertchris/uploads/raw/master/rick.jpg", "r"
);
$handle2 = fopen(
"piping-files-4.jpeg", "w"
);
// ...or write this straight to stdout, if we don't need the memory info
stream_copy_to_stream($handle1, $handle2);
fclose($handle1);
fclose($handle2);
require "memory.php";

內(nèi)存使用比剛才略少 (400 KB)，但是結(jié)果是相同的。如果我們不需要內(nèi)存信息，也可以打印至標(biāo)準(zhǔn)輸出。PHP 提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)執(zhí)行此操作：

$handle1 = fopen(
"https://github.com/assertchris/uploads/raw/master/rick.jpg", "r"
);
$handle2 = fopen(
"php://stdout", "w"
);
stream_copy_to_stream($handle1, $handle2);
fclose($handle1);
fclose($handle2);
// require "memory.php";

其他流

還存在一些流可以通過(guò)管道來(lái)讀寫。

• php://stdin只讀
• php://stderr只寫，與php://stdout相似
• php://input只讀，使我們可以訪問(wèn)原始請(qǐng)求內(nèi)容
• php://output只寫，可讓我們寫入輸出緩沖區(qū)
• php://memory與php://temp(可讀寫) 是臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方。區(qū)別在于數(shù)據(jù)足夠大時(shí)php:/// temp就會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中，而php:/// memory將繼續(xù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中直到耗盡。

過(guò)濾器

我們可以對(duì)流使用另一個(gè)技巧，稱為過(guò)濾器。它介于兩者之間，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)目刂剖蛊洳槐┞督o外接。假設(shè)我們要壓縮shakespeare.txt文件。我們可以使用 Zip 擴(kuò)展

// from filters-1.php
$zip = new ZipArchive();
$filename = "filters-1.zip";
$zip->open($filename, ZipArchive::CREATE);
$zip->addFromString("shakespeare.txt", file_get_contents("shakespeare.txt"));
$zip->close();
require "memory.php";

這段代碼雖然整潔，但是總共使用了大概 10.75 MB 的內(nèi)存。我們可以使用過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行優(yōu)化

// from filters-2.php
$handle1 = fopen(
"php://filter/zlib.deflate/resource=shakespeare.txt", "r"
);
$handle2 = fopen(
"filters-2.deflated", "w"
);
stream_copy_to_stream($handle1, $handle2);
fclose($handle1);
fclose($handle2);
require "memory.php";

在這里，我們可以看到php:///filter/zlib.deflate過(guò)濾器，該過(guò)濾器讀取和壓縮資源的內(nèi)容。然后我們可以將該壓縮數(shù)據(jù)通過(guò)管道傳輸?shù)搅硪粋€(gè)文件中。這僅使用了 896KB 內(nèi)存。

雖然格式不同，或者說(shuō)使用 zip 壓縮文件有其他諸多好處。但是，你不得不考慮：如果選擇其他格式你可以節(jié)省 12 倍的內(nèi)存，你會(huì)不會(huì)心動(dòng)？

要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，只需要通過(guò)另外一個(gè) zlib 過(guò)濾器:

// from filters-2.php
file_get_contents(
    "php://filter/zlib.inflate/resource=filters-2.deflated"
);

自定義流

fopen和file_get_contents具有它們自己的默認(rèn)選項(xiàng)集，但是它們是完全可定制的。要定義它們，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的流上下文

// from creating-contexts-1.php
$data = join("&", [
    "twitter=assertchris",
]);
$headers = join("rn", [
    "Content-type: application/x-www-form-urlencoded",
    "Content-length: " . strlen($data),
]);
$options = [
    "http" => [
        "method" => "POST",
        "header"=> $headers,
        "content" => $data,
    ],
];
$context = stream_content_create($options);
$handle = fopen("https://example.com/register", "r", false, $context);
$response = stream_get_contents($handle);
fclose($handle);

本例中，我們嘗試發(fā)送一個(gè) POST 請(qǐng)求給 API。API 端點(diǎn)是安全的，不過(guò)我們?nèi)匀皇褂昧?http 上下文屬性（可用于 http 或者 https)。我們?cè)O(shè)置了一些頭部，并打開(kāi)了 API 的文件句柄。我們可以將句柄以只讀方式打開(kāi)，上下文負(fù)責(zé)編寫。

創(chuàng)建自定義協(xié)議和過(guò)濾器

在總結(jié)之前，我們先談?wù)剟?chuàng)建自定義協(xié)議。

Protocol {
    public resource $context;
    public __construct ( void )
    public __destruct ( void )
    public bool dir_closedir ( void )
    public bool dir_opendir ( string $path , int $options )
    public string dir_readdir ( void )
    public bool dir_rewinddir ( void )
    public bool mkdir ( string $path , int $mode , int $options )
    public bool rename ( string $path_from , string $path_to )
    public bool rmdir ( string $path , int $options )
    public resource stream_cast ( int $cast_as )
    public void stream_close ( void )
    public bool stream_eof ( void )
    public bool stream_flush ( void )
    public bool stream_lock ( int $operation )
    public bool stream_metadata ( string $path , int $option , mixed $value )
    public bool stream_open ( string $path , string $mode , int $options ,
        string &$opened_path )
    public string stream_read ( int $count )
    public bool stream_seek ( int $offset , int $whence = SEEK_SET )
    public bool stream_set_option ( int $option , int $arg1 , int $arg2 )
    public array stream_stat ( void )
    public int stream_tell ( void )
    public bool stream_truncate ( int $new_size )
    public int stream_write ( string $data )
    public bool unlink ( string $path )
    public array url_stat ( string $path , int $flags )
}

我們并不打算實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)，因?yàn)槲艺J(rèn)為它值得擁有自己的教程。有很多工作要做。但是一旦完成工作，我們就可以很容易地注冊(cè)流包裝器：

if (in_array("highlight-names", stream_get_wrappers())) {
    stream_wrapper_unregister("highlight-names");
}
stream_wrapper_register("highlight-names", "HighlightNamesProtocol");
$highlighted = file_get_contents("highlight-names://story.txt");

同樣，也可以創(chuàng)建自定義流過(guò)濾器。

Filter {
    public $filtername;
    public $params
    public int filter ( resource $in , resource $out , int &$consumed ,
        bool $closing )
    public void onClose ( void )
    public bool onCreate ( void )
}

可被輕松注冊(cè)

$handle = fopen("story.txt", "w+");
stream_filter_append($handle, "highlight-names", STREAM_FILTER_READ);

highlight-names 需要與新過(guò)濾器類的 filtername 屬性匹配。還可以在 php:///filter/highligh-names/resource=story.txt 字符串中使用自定義過(guò)濾器。定義過(guò)濾器比定義協(xié)議要容易得多。原因之一是協(xié)議需要處理目錄操作，而過(guò)濾器僅需要處理每個(gè)數(shù)據(jù)塊。

如果您愿意，我強(qiáng)烈建議您嘗試創(chuàng)建自定義協(xié)議和過(guò)濾器。如果您可以將過(guò)濾器應(yīng)用于 stream_copy_to_stream 操作，則即使處理令人討厭的大文件，您的應(yīng)用程序也將幾乎不使用任何內(nèi)存。想象一下編寫調(diào)整大小圖像過(guò)濾器或加密應(yīng)用程序過(guò)濾器。

如果你愿意，我強(qiáng)烈建議你嘗試創(chuàng)建自定義協(xié)議和過(guò)濾器。如果你可以將過(guò)濾器應(yīng)用于 stream_copy_to_stream 操作，即使處理煩人的大文件，你的應(yīng)用程序也幾乎不使用任何內(nèi)存。想象下編寫 resize-image 過(guò)濾器和 encrypt-for-application 過(guò)濾器吧。

總結(jié)

雖然這不是我們經(jīng)常遇到的問(wèn)題，但是在處理大文件時(shí)的確很容易搞砸。在異步應(yīng)用中，如果我們不注意內(nèi)存的使用情況，很容易導(dǎo)致服務(wù)器的崩潰。

本教程希望能帶給你一些新的想法（或者更新你的對(duì)這方面的固有記憶），以便你能夠更多的考慮如何有效地讀取和寫入大文件。當(dāng)我們開(kāi)始熟悉和使用流和生成器并停止使用諸如 file_get_contents 這樣的函數(shù)時(shí)，這方面的錯(cuò)誤將全部從應(yīng)用程序中消失，這不失為一件好事。

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