概述
共享內(nèi)存是一種在相同機(jī)器中的應(yīng)用程序之間交換數(shù)據(jù)的有效方式。一個(gè)進(jìn)程可創(chuàng)建一個(gè)可供其他進(jìn)程訪問(wèn)的內(nèi)存段，只要它分配了正確的權(quán)限。每個(gè)內(nèi)存段擁有一個(gè)惟一的 ID（稱(chēng)為 shmid），這個(gè) ID 指向一個(gè)物理內(nèi)存區(qū)域，其他進(jìn)程可在該區(qū)域操作它。創(chuàng)建并提供了合適的權(quán)限之后，同一臺(tái)機(jī)器中的其他進(jìn)程就可以操作這些內(nèi)存段：讀取、寫(xiě)入和刪除。
這表明使用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序可與使用其他語(yǔ)言（比如 Java™ 或 PHP）編寫(xiě)的應(yīng)用程序共享信息。它們都可以共享信息，只要它們可訪問(wèn)和理解該信息。共享內(nèi)存在針對(duì)大部分語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)中得到了廣泛使用，所以訪問(wèn)應(yīng)該不是問(wèn)題。要理解信息，我們可以使用一種標(biāo)準(zhǔn)格式，比如 XML 或 JSON。
共享內(nèi)存的使用是一種在進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)的快速方法，主要因?yàn)樵趧?chuàng)建內(nèi)存段之后傳遞數(shù)據(jù)，不會(huì)涉及內(nèi)核。這種方法常常稱(chēng)為進(jìn)程間通信 (IPC)。其他 IPC 方法包括管道、消息隊(duì)列、RPC 和套接字。當(dāng)使用需要彼此通信的應(yīng)用程序的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，這種在應(yīng)用程序之間快速、可靠地交換數(shù)據(jù)的能力非常有用。取決于生態(tài)系統(tǒng)的大小，使用數(shù)據(jù)庫(kù)在應(yīng)用程序之間交換信息的常用方法常常會(huì)導(dǎo)致查詢(xún)緩慢，甚至 I/O 阻塞。使用共享內(nèi)存，沒(méi)有 I/O 會(huì)減緩開(kāi)發(fā)人員的進(jìn)度。
本文的提議非常簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)如何使用 PHP 創(chuàng)建和操作共享內(nèi)存段，使用它們存儲(chǔ)可供其他應(yīng)用程序使用的數(shù)據(jù)集。即使沒(méi)有使用共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的計(jì)劃，它本身也在許多好處，因?yàn)樗箲?yīng)用程序能夠遠(yuǎn)離 I/O 問(wèn)題。將數(shù)據(jù)集直接存儲(chǔ)在內(nèi)存中具有諸多優(yōu)勢(shì)，從 Web 服務(wù)數(shù)據(jù)緩存到會(huì)話共享。它是一個(gè)非常有用的概念，每個(gè) PHP 開(kāi)發(fā)人員都應(yīng)該知道。
共享內(nèi)存和 PHP
PHP 擁有豐富的可用擴(kuò)展，共享內(nèi)存也一樣。使用一些共享的函數(shù)，無(wú)需安裝任何擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)人員就能夠輕松操作內(nèi)存段。
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創(chuàng)建內(nèi)存段
共享內(nèi)存函數(shù)類(lèi)似于文件操作函數(shù)，但無(wú)需處理一個(gè)流，您將處理一個(gè)共享內(nèi)存訪問(wèn) ID。第一個(gè)示例就是 shmop_open 函數(shù)，它允許您打開(kāi)一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存段或創(chuàng)建一個(gè)新內(nèi)存段。此函數(shù)非常類(lèi)似于經(jīng)典的 fopen 函數(shù)，后者打開(kāi)用于文件操作的流，返回一個(gè)資源供其他希望讀取或?qū)懭朐摯蜷_(kāi)的流的函數(shù)使用。讓我們看看清單 1 中的 shmop_open。
清單 1. shmop_open 函數(shù)
<?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, $size);?> |
該函數(shù)中出現(xiàn)的第一個(gè)事物是系統(tǒng) ID 參數(shù)。這是標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的共享內(nèi)存段的數(shù)字。第二個(gè)參數(shù)是訪問(wèn)模式，它非常類(lèi)似于 fopen 函數(shù)的訪問(wèn)模式。您可以在 4 種不同的模式下訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)存段：
第三個(gè)參數(shù)是內(nèi)存段的權(quán)限。您必須在這里提供一個(gè)八進(jìn)制值。
第四個(gè)參數(shù)提供內(nèi)存段大小，以字節(jié)為單位。在寫(xiě)入一個(gè)內(nèi)存段之前，您必須在它之上分配適當(dāng)?shù)淖止?jié)數(shù)。
請(qǐng)注意，此函數(shù)返回一個(gè) ID 編號(hào)，其他函數(shù)可使用該 ID 編號(hào)操作該共享內(nèi)存段。這個(gè) ID 是共享內(nèi)存訪問(wèn) ID，與系統(tǒng) ID 不同，它以參數(shù)的形式傳遞。請(qǐng)注意不要混淆這兩者。如果失敗，shmop_open 將返回 FALSE。
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向內(nèi)存段寫(xiě)入數(shù)據(jù)
使用 shmop_write 函數(shù)向共享內(nèi)存塊寫(xiě)入數(shù)據(jù)。此函數(shù)的使用很簡(jiǎn)單，它僅接受 3 個(gè)參數(shù)，如清單 2 所示。
清單 2. 使用 shmop_write 向共享內(nèi)存塊寫(xiě)入數(shù)據(jù)
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);?> |
這個(gè)函數(shù)類(lèi)似于 fwrite 函數(shù)，后者有兩個(gè)參數(shù)：打開(kāi)的流資源（由 fopen 返回）和您希望寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。shmop_write 函數(shù)也執(zhí)行此任務(wù)。
第一個(gè)參數(shù)是 shmop_open 返回的 ID，它識(shí)別您操作的共享內(nèi)存塊。第二個(gè)參數(shù)是您希望存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，最后的第三個(gè)參數(shù)是您希望開(kāi)始寫(xiě)入的位置。默認(rèn)情況下，我們始終使用 0 來(lái)表示開(kāi)始寫(xiě)入的位置。請(qǐng)注意，此函數(shù)在失敗時(shí)會(huì)返回 FALSE，在成功時(shí)會(huì)返回寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)。
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從內(nèi)存段讀取數(shù)據(jù)
從共享內(nèi)存段讀取數(shù)據(jù)很簡(jiǎn)單。您只需要一個(gè)打開(kāi)的內(nèi)存段和 shmop_read 函數(shù)。此函數(shù)接受一些參數(shù)，工作原理類(lèi)似于 fread。參見(jiàn)清單 3，讀取一個(gè) PHP 文件的內(nèi)容。
清單 3. 使用 shmop_read 讀取一個(gè)文件的內(nèi)容
<?php$stream = fopen('file.txt', 'r+');fwrite($stream, "Hello World!");echo fread($stream, 11);?> |
讀取共享內(nèi)存段的內(nèi)容的過(guò)程與此類(lèi)似，如清單 4 所示：
清單 4. 讀取共享內(nèi)存段的內(nèi)容
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);echo shmop_read($shmid, 0, 11);?> |
請(qǐng)留意這里的參數(shù)。shmop_read 函數(shù)將接受 shmop_open 返回的 ID，我們已知道它，不過(guò)它還接受另外兩個(gè)參數(shù)。第二個(gè)參數(shù)是您希望從內(nèi)存段讀取的位置，而第三個(gè)是您希望讀取的字節(jié)數(shù)。第二個(gè)參數(shù)可以始終為 0，表示數(shù)據(jù)的開(kāi)頭，但第三個(gè)參數(shù)可能存在問(wèn)題，因?yàn)槲覀儾恢牢覀兿Ｍx取多少字節(jié)。
這非常類(lèi)似于我們?cè)?nbsp;fread 函數(shù)中的行為，該函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù)：打開(kāi)的流資源（由 fopen 返回）和您希望從該流讀取的字節(jié)數(shù)。使用 filesize 函數(shù)（它返回一個(gè)文件中的字節(jié)數(shù)）來(lái)完整地讀取它。
幸運(yùn)的是，當(dāng)使用共享內(nèi)存段時(shí)，shmop_size 函數(shù)返回一個(gè)內(nèi)存段的大?。ㄒ宰止?jié)為單位），類(lèi)似于 filesize 函數(shù)。參見(jiàn)清單 5。
清單 5. shmop_size 函數(shù)返回內(nèi)存段大小，以字節(jié)為單位
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);$size = shmop_size($shmid);echo shmop_read($shmid, 0, $size);?> |
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刪除內(nèi)存段
我們學(xué)習(xí)了如何打開(kāi)、寫(xiě)入和讀取共享內(nèi)存段。要完成我們的 CRUD 類(lèi)，我們還需要學(xué)習(xí)如何刪除內(nèi)存段。該任務(wù)可使用shmop_delete 函數(shù)輕松完成，該函數(shù)僅接受一個(gè)參數(shù)：我們希望刪除的共享內(nèi)存 ID。
清單 6. shmop_delete 標(biāo)記要?jiǎng)h除的內(nèi)存段
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);shmop_delete($shmid);?> |
這不會(huì)實(shí)際刪除該內(nèi)存段。它將該內(nèi)存段標(biāo)記為刪除，因?yàn)楣蚕韮?nèi)存段在有其他進(jìn)程正在使用它時(shí)無(wú)法被刪除。shmop_delete 函數(shù)將該內(nèi)存段標(biāo)記為刪除，阻止任何其他進(jìn)程打開(kāi)它。要?jiǎng)h除它，我們需要關(guān)閉該內(nèi)存段。
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關(guān)閉內(nèi)存段
打開(kāi)一個(gè)共享內(nèi)存段會(huì) “附加” 到它。附加該內(nèi)存段之后，我們可在其中進(jìn)行讀取和寫(xiě)入，但完成操作后，我們必須從它解除。這使用清單 7 中的 shmop_close 函數(shù)來(lái)完成。
這非常類(lèi)似于處理文件時(shí)的 fclose 函數(shù)。打開(kāi)包含一個(gè)文件的流并在其中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)后，我們必須關(guān)閉它，否則將發(fā)生鎖定。
清單 7. 使用 shmop_close 與一個(gè)內(nèi)存段分開(kāi)
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);shmop_delete($shmid);shmop_close($shmid);?> |
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使用共享內(nèi)存作為一個(gè)存儲(chǔ)選項(xiàng)
有了共享內(nèi)存和共享內(nèi)存段上基本 CRUD 操作的基本知識(shí)，是時(shí)候應(yīng)用此知識(shí)了。我們可以使用共享內(nèi)存作為一種獨(dú)特的存儲(chǔ)選項(xiàng)，提供快速讀/寫(xiě)操作和進(jìn)程互操作性等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于 Web 應(yīng)用程序，這意味著：
在繼續(xù)之前，我想介紹一個(gè)名為 SimpleSHM 小型庫(kù)。SimpleSHM 是一個(gè)較小的抽象層，用于使用 PHP 操作共享內(nèi)存，支持以一種面向?qū)ο蟮姆绞捷p松操作內(nèi)存段。在編寫(xiě)使用共享內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)的小型應(yīng)用程序時(shí)，這個(gè)庫(kù)可幫助創(chuàng)建非常簡(jiǎn)潔的代碼。要了解 SimpleSHM，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) GitHub 頁(yè)面。
您可以使用 3 個(gè)方法進(jìn)行處理：讀、寫(xiě)和刪除。從該類(lèi)中簡(jiǎn)單地實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，可以控制打開(kāi)的共享內(nèi)存段。清單 8 展示了基本用途。
清單 8. SimpleSHM 基本用途
<?php$memory = new SimpleSHM;$memory->write('Sample');echo $memory->read();?> |
請(qǐng)注意，這里沒(méi)有為該類(lèi)傳遞一個(gè) ID。如果沒(méi)有傳遞 ID，它將隨機(jī)選擇一個(gè)編號(hào)并打開(kāi)該編號(hào)的新內(nèi)存段。我們可以以參數(shù)的形式傳遞一個(gè)編號(hào)，供構(gòu)造函數(shù)打開(kāi)現(xiàn)有的內(nèi)存段，或者創(chuàng)建一個(gè)具有特定 ID 的內(nèi)存段，如清單 9 所示。
清單 9. 打開(kāi)一個(gè)特定的內(nèi)存段
<?php$new = new SimpleSHM(897);$new->write('Sample');echo $new->read();?> |
神奇的方法 __destructor 負(fù)責(zé)在該內(nèi)存段上調(diào)用 shmop_close 來(lái)取消設(shè)置對(duì)象，以與該內(nèi)存段分離。我們將這稱(chēng)為 “SimpleSHM 101”?，F(xiàn)在讓我們將此方法用于更高級(jí)的用途：使用共享內(nèi)存作為存儲(chǔ)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集需要序列化，因?yàn)閿?shù)組或?qū)ο鬅o(wú)法存儲(chǔ)在內(nèi)存中。盡管這里使用了 JSON 來(lái)序列化，但任何其他方法（比如 XML 或內(nèi)置的 PHP 序列化功能）也已足夠。清單 10 給出了一個(gè)示例。
清單 10. 使用共享內(nèi)存作為存儲(chǔ)
<?phprequire('SimpleSHM.class.php');$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);?> |
我們成功地將一個(gè)數(shù)組序列化為一個(gè) JSON 字符串，將它存儲(chǔ)在共享內(nèi)存塊中，從中讀取數(shù)據(jù)，去序列化 JSON 字符串，并顯示存儲(chǔ)的數(shù)組。這看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但請(qǐng)想象一下這個(gè)代碼片段帶來(lái)的可能性。您可以使用它存儲(chǔ) Web 服務(wù)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)或者甚至模板引擎緩存的結(jié)果。在內(nèi)存中讀取和寫(xiě)入將帶來(lái)比在磁盤(pán)中讀取和寫(xiě)入更高的性能。
使用此存儲(chǔ)技術(shù)不僅對(duì)緩存有用，也對(duì)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換也有用，只要數(shù)據(jù)以?xún)啥硕伎勺x的格式存儲(chǔ)。不要低估共享內(nèi)存在 Web 應(yīng)用程序中的力量?？刹捎迷S多不同的方式來(lái)巧妙地實(shí)現(xiàn)這種存儲(chǔ)，惟一的限制是開(kāi)發(fā)人員的創(chuàng)造力和技能。
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結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了用于操作共享內(nèi)存段的 PHP 工具包中的大部分工具，解釋了共享內(nèi)存的工作原理。此外，還提供了改進(jìn) Web 應(yīng)用程序的建議，列出了在為 Web 應(yīng)用程序問(wèn)題創(chuàng)建解決方案時(shí)要考慮的一些因素。這些概念和實(shí)現(xiàn)指南可幫助您建立一個(gè)起點(diǎn)。我們構(gòu)建的早期模型可幫助您構(gòu)想更復(fù)雜的特性和解決方案。
未來(lái)計(jì)劃
我們列出了共享內(nèi)存中最可能實(shí)現(xiàn)的一些常見(jiàn)問(wèn)題，比如緩存、會(huì)話共享和應(yīng)用程序之間的常見(jiàn)數(shù)據(jù)交換。此篇共享內(nèi)存簡(jiǎn)介為您就常見(jiàn)問(wèn)題而探索更佳解決方案提供機(jī)會(huì)。您可以自由擴(kuò)展當(dāng)前的 SimpleSHM 實(shí)現(xiàn)，以匹配您的需要和將更改貢獻(xiàn)給該項(xiàng)目。
參考資料
學(xué)習(xí)
新聞熱點(diǎn)
疑難解答
