概述
共享內存是一種在相同機器中的應用程序之間交換數(shù)據(jù)的有效方式。一個進程可創(chuàng)建一個可供其他進程訪問的內存段，只要它分配了正確的權限。每個內存段擁有一個惟一的 ID（稱為 shmid），這個 ID 指向一個物理內存區(qū)域，其他進程可在該區(qū)域操作它。創(chuàng)建并提供了合適的權限之后，同一臺機器中的其他進程就可以操作這些內存段：讀取、寫入和刪除。
這表明使用 C 語言編寫的應用程序可與使用其他語言（比如 Java™ 或 PHP）編寫的應用程序共享信息。它們都可以共享信息，只要它們可訪問和理解該信息。共享內存在針對大部分語言的實現(xiàn)中得到了廣泛使用，所以訪問應該不是問題。要理解信息，我們可以使用一種標準格式，比如 XML 或 JSON。
共享內存的使用是一種在進程之間交換數(shù)據(jù)的快速方法，主要因為在創(chuàng)建內存段之后傳遞數(shù)據(jù)，不會涉及內核。這種方法常常稱為進程間通信 (IPC)。其他 IPC 方法包括管道、消息隊列、RPC 和套接字。當使用需要彼此通信的應用程序的生態(tài)系統(tǒng)時，這種在應用程序之間快速、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)庫在應用程序之間交換信息的常用方法常常會導致查詢緩慢，甚至 I/O 阻塞。使用共享內存，沒有 I/O 會減緩開發(fā)人員的進度。
本文的提議非常簡單，學習如何使用 PHP 創(chuàng)建和操作共享內存段，使用它們存儲可供其他應用程序使用的數(shù)據(jù)集。即使沒有使用共享內存交換數(shù)據(jù)的計劃，它本身也在許多好處，因為它使應用程序能夠遠離 I/O 問題。將數(shù)據(jù)集直接存儲在內存中具有諸多優(yōu)勢，從 Web 服務數(shù)據(jù)緩存到會話共享。它是一個非常有用的概念，每個 PHP 開發(fā)人員都應該知道。
共享內存和 PHP
PHP 擁有豐富的可用擴展，共享內存也一樣。使用一些共享的函數(shù)，無需安裝任何擴展，開發(fā)人員就能夠輕松操作內存段。
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創(chuàng)建內存段
共享內存函數(shù)類似于文件操作函數(shù)，但無需處理一個流，您將處理一個共享內存訪問 ID。第一個示例就是 shmop_open 函數(shù)，它允許您打開一個現(xiàn)有的內存段或創(chuàng)建一個新內存段。此函數(shù)非常類似于經(jīng)典的 fopen 函數(shù)，后者打開用于文件操作的流，返回一個資源供其他希望讀取或寫入該打開的流的函數(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, $size);?> |
該函數(shù)中出現(xiàn)的第一個事物是系統(tǒng) ID 參數(shù)。這是標識系統(tǒng)中的共享內存段的數(shù)字。第二個參數(shù)是訪問模式，它非常類似于 fopen 函數(shù)的訪問模式。您可以在 4 種不同的模式下訪問一個內存段：
第三個參數(shù)是內存段的權限。您必須在這里提供一個八進制值。
第四個參數(shù)提供內存段大小，以字節(jié)為單位。在寫入一個內存段之前，您必須在它之上分配適當?shù)淖止?jié)數(shù)。
請注意，此函數(shù)返回一個 ID 編號，其他函數(shù)可使用該 ID 編號操作該共享內存段。這個 ID 是共享內存訪問 ID，與系統(tǒng) ID 不同，它以參數(shù)的形式傳遞。請注意不要混淆這兩者。如果失敗，shmop_open 將返回 FALSE。
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向內存段寫入數(shù)據(jù)
使用 shmop_write 函數(shù)向共享內存塊寫入數(shù)據(jù)。此函數(shù)的使用很簡單，它僅接受 3 個參數(shù)，如清單 2 所示。
清單 2. 使用 shmop_write 向共享內存塊寫入數(shù)據(jù)
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);?> |
這個函數(shù)類似于 fwrite 函數(shù)，后者有兩個參數(shù)：打開的流資源（由 fopen 返回）和您希望寫入的數(shù)據(jù)。shmop_write 函數(shù)也執(zhí)行此任務。
第一個參數(shù)是 shmop_open 返回的 ID，它識別您操作的共享內存塊。第二個參數(shù)是您希望存儲的數(shù)據(jù)，最后的第三個參數(shù)是您希望開始寫入的位置。默認情況下，我們始終使用 0 來表示開始寫入的位置。請注意，此函數(shù)在失敗時會返回 FALSE，在成功時會返回寫入的字節(jié)數(shù)。
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從內存段讀取數(shù)據(jù)
從共享內存段讀取數(shù)據(jù)很簡單。您只需要一個打開的內存段和 shmop_read 函數(shù)。此函數(shù)接受一些參數(shù)，工作原理類似于 fread。參見清單 3，讀取一個 PHP 文件的內容。
清單 3. 使用 shmop_read 讀取一個文件的內容
<?php$stream = fopen('file.txt', 'r+');fwrite($stream, "Hello World!");echo fread($stream, 11);?> |
讀取共享內存段的內容的過程與此類似，如清單 4 所示：
清單 4. 讀取共享內存段的內容
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);echo shmop_read($shmid, 0, 11);?> |
請留意這里的參數(shù)。shmop_read 函數(shù)將接受 shmop_open 返回的 ID，我們已知道它，不過它還接受另外兩個參數(shù)。第二個參數(shù)是您希望從內存段讀取的位置，而第三個是您希望讀取的字節(jié)數(shù)。第二個參數(shù)可以始終為 0，表示數(shù)據(jù)的開頭，但第三個參數(shù)可能存在問題，因為我們不知道我們希望讀取多少字節(jié)。
這非常類似于我們在 fread 函數(shù)中的行為，該函數(shù)接受兩個參數(shù)：打開的流資源（由 fopen 返回）和您希望從該流讀取的字節(jié)數(shù)。使用 filesize 函數(shù)（它返回一個文件中的字節(jié)數(shù)）來完整地讀取它。
幸運的是，當使用共享內存段時，shmop_size 函數(shù)返回一個內存段的大小（以字節(jié)為單位），類似于 filesize 函數(shù)。參見清單 5。
清單 5. shmop_size 函數(shù)返回內存段大小，以字節(jié)為單位
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);$size = shmop_size($shmid);echo shmop_read($shmid, 0, $size);?> |
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刪除內存段
我們學習了如何打開、寫入和讀取共享內存段。要完成我們的 CRUD 類，我們還需要學習如何刪除內存段。該任務可使用shmop_delete 函數(shù)輕松完成，該函數(shù)僅接受一個參數(shù)：我們希望刪除的共享內存 ID。
清單 6. shmop_delete 標記要刪除的內存段
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);shmop_delete($shmid);?> |
這不會實際刪除該內存段。它將該內存段標記為刪除，因為共享內存段在有其他進程正在使用它時無法被刪除。shmop_delete 函數(shù)將該內存段標記為刪除，阻止任何其他進程打開它。要刪除它，我們需要關閉該內存段。
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關閉內存段
打開一個共享內存段會 “附加” 到它。附加該內存段之后，我們可在其中進行讀取和寫入，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)來完成。
這非常類似于處理文件時的 fclose 函數(shù)。打開包含一個文件的流并在其中讀取或寫入數(shù)據(jù)后，我們必須關閉它，否則將發(fā)生鎖定。
清單 7. 使用 shmop_close 與一個內存段分開
<?php$shmid = shmop_open(864, 'c', 0755, 1024);shmop_write($shmid, "Hello World!", 0);shmop_delete($shmid);shmop_close($shmid);?> |
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使用共享內存作為一個存儲選項
有了共享內存和共享內存段上基本 CRUD 操作的基本知識，是時候應用此知識了。我們可以使用共享內存作為一種獨特的存儲選項，提供快速讀/寫操作和進程互操作性等優(yōu)勢。對于 Web 應用程序，這意味著：
在繼續(xù)之前，我想介紹一個名為 SimpleSHM 小型庫。SimpleSHM 是一個較小的抽象層，用于使用 PHP 操作共享內存，支持以一種面向對象的方式輕松操作內存段。在編寫使用共享內存進行存儲的小型應用程序時，這個庫可幫助創(chuàng)建非常簡潔的代碼。要了解 SimpleSHM，請訪問 GitHub 頁面。
您可以使用 3 個方法進行處理：讀、寫和刪除。從該類中簡單地實例化一個對象，可以控制打開的共享內存段。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 $memory->read();?> |
請注意，這里沒有為該類傳遞一個 ID。如果沒有傳遞 ID，它將隨機選擇一個編號并打開該編號的新內存段。我們可以以參數(shù)的形式傳遞一個編號，供構造函數(shù)打開現(xiàn)有的內存段，或者創(chuàng)建一個具有特定 ID 的內存段，如清單 9 所示。
清單 9. 打開一個特定的內存段
<?php$new = new SimpleSHM(897);$new->write('Sample');echo $new->read();?> |
神奇的方法 __destructor 負責在該內存段上調用 shmop_close 來取消設置對象，以與該內存段分離。我們將這稱為 “SimpleSHM 101”。現(xiàn)在讓我們將此方法用于更高級的用途：使用共享內存作為存儲。存儲數(shù)據(jù)集需要序列化，因為數(shù)組或對象無法存儲在內存中。盡管這里使用了 JSON 來序列化，但任何其他方法（比如 XML 或內置的 PHP 序列化功能）也已足夠。清單 10 給出了一個示例。
清單 10. 使用共享內存作為存儲
<?phprequire('SimpleSHM.class.php');$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);?> |
我們成功地將一個數(shù)組序列化為一個 JSON 字符串，將它存儲在共享內存塊中，從中讀取數(shù)據(jù)，去序列化 JSON 字符串，并顯示存儲的數(shù)組。這看起來很簡單，但請想象一下這個代碼片段帶來的可能性。您可以使用它存儲 Web 服務請求、數(shù)據(jù)庫查詢或者甚至模板引擎緩存的結果。在內存中讀取和寫入將帶來比在磁盤中讀取和寫入更高的性能。
使用此存儲技術不僅對緩存有用，也對應用程序之間的數(shù)據(jù)交換也有用，只要數(shù)據(jù)以兩端都可讀的格式存儲。不要低估共享內存在 Web 應用程序中的力量?？刹捎迷S多不同的方式來巧妙地實現(xiàn)這種存儲，惟一的限制是開發(fā)人員的創(chuàng)造力和技能。
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結束語
本文介紹了用于操作共享內存段的 PHP 工具包中的大部分工具，解釋了共享內存的工作原理。此外，還提供了改進 Web 應用程序的建議，列出了在為 Web 應用程序問題創(chuàng)建解決方案時要考慮的一些因素。這些概念和實現(xiàn)指南可幫助您建立一個起點。我們構建的早期模型可幫助您構想更復雜的特性和解決方案。
未來計劃
我們列出了共享內存中最可能實現(xiàn)的一些常見問題，比如緩存、會話共享和應用程序之間的常見數(shù)據(jù)交換。此篇共享內存簡介為您就常見問題而探索更佳解決方案提供機會。您可以自由擴展當前的 SimpleSHM 實現(xiàn)，以匹配您的需要和將更改貢獻給該項目。
參考資料
學習
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