PHP性能优化利器:生成器 yield理解

jianfly.com 2019-01-31 975次浏览

如果是做Python或者其他语言的小伙伴,对于生成器应该不陌生。但很多PHP开发者或许都不知道生成器这个功能,可能是因为生成器是PHP 5.5.0才引入的功能,也可以是生成器作用不是很明显。但是,生成器功能的确非常有用。

优点

直接讲概念估计你听完还是一头雾水,所以我们先来说说优点,也许能勾起你的兴趣。那么生成器有哪些优点,如下:

  • 生成器会对PHP应用的性能有非常大的影响

  • PHP代码运行时节省大量的内存

  • 比较适合计算大量的数据

那么,这些神奇的功能究竟是如何做到的?我们先来举个例子。

概念引入

首先,放下生成器概念的包袱,来看一个简单的PHP函数:

function createRange($number){
    $data = [];    for($i=0;$i<$number;$i++){
        $data[] = time();
    }    return $data;
}

这是一个非常常见的PHP函数,我们在处理一些数组的时候经常会使用。这里的代码也非常简单:

  1. 我们创建一个函数。

  2. 函数内包含一个 for 循环,我们循环的把当前时间放到$data里面

  3. for循环执行完毕,把 $data 返回出去。

下面没完,我们继续。我们再写一个函数,把这个函数的返回值循环打印出来:

$result = createRange(10); // 这里调用上面我们创建的函数
foreach($result as $value){    
sleep(1);//这里停顿1秒,我们后续有用    
echo $value.'
';
}

我们在浏览器里面看一下运行结果:

image

这里非常完美,没有任何问题。(当然 sleep(1) 效果你们看不出来)

思考一个问题

我们注意到,在调用函数 createRange 的时候给 $number 的传值是10,一个很小的数字。假设,现在传递一个值10000000(1000万)。

那么,在函数 createRange 里面,for循环就需要执行1000万次。且有1000万个值被放到 $data 里面,而$data数组在是被放在内存内。所以,在调用函数时候会占用大量内存。

这里,生成器就可以大显身手了。

创建生成器

我们直接修改代码,你们注意观察:

function createRange($number){
    for($i=0;$i<$number;$i++){
        yield time();
    }
}

看下这段和刚刚很像的代码,我们删除了数组 $data ,而且也没有返回任何内容,而是在 time() 之前使用了一个关键字yield。

使用生成器

我们再运行一下第二段代码:

$result = createRange(10); // 这里调用上面我们创建的函数
foreach($result as $value){
    sleep(1);
    echo $value.'
';
}

image

我们奇迹般的发现了,输出的值和第一次没有使用生成器的不一样。这里的值(时间戳)中间间隔了1秒。

这里的间隔一秒其实就是 sleep(1) 造成的后果。但是为什么第一次没有间隔?那是因为:

  • 未使用生成器时: createRange 函数内的 for 循环结果被很快放到 $data 中,并且立即返回。所以, foreach 循环的是一个固定的数组。

  • 使用生成器时: createRange 的值不是一次性快速生成,而是依赖于 foreach 循环。 foreach 循环一次, for 执行一次。

到这里,你应该对生成器有点儿头绪。

深入理解生成器

代码剖析

下面我们来对于刚刚的代码进行剖析。

function createRange($number){
    for($i=0;$i<$number;$i++){
        yield time();
    }
}
$result = createRange(10); // 这里调用上面我们创建的函数
foreach($result as $value){
    sleep(1);
    echo $value.'
';
}

我们来还原一下代码执行过程。

  1. 首先调用 createRange 函数,传入参数10,但是 for 值执行了一次然后停止了,并且告诉 foreach 第一次循环可以用的值。

  2.  foreach 开始对 $result 循环,进来首先 sleep(1) ,然后开始使用 for 给的一个值执行输出。

  3.  foreach 准备第二次循环,开始第二次循环之前,它向 for 循环又请求了一次。

  4.  for 循环于是又执行了一次,将生成的时间戳告诉 foreach .

  5.  foreach 拿到第二个值,并且输出。由于 foreach 中 sleep(1) ,所以, for 循环延迟了1秒生成当前时间

所以,整个代码执行中,始终只有一个记录值参与循环,内存中也只有一条信息。

无论开始传入的 $number 有多大,由于并不会立即生成所有结果集,所以内存始终是一条循环的值。

概念理解

到这里,你应该已经大概理解什么是生成器了。下面我们来说下生成器原理。

首先明确一个概念:生成器yield关键字不是返回值,他的专业术语叫产出值,只是生成一个值

那么代码中 foreach 循环的是什么?其实是PHP在使用生成器的时候,会返回一个 Generator 类的对象。 foreach 可以对该对象进行迭代,每一次迭代,PHP会通过 Generator 实例计算出下一次需要迭代的值。这样 foreach 就知道下一次需要迭代的值了。

而且,在运行中 for 循环执行后,会立即停止。等待 foreach 下次循环时候再次和  for  索要下次的值的时候,循环才会再执行一次,然后立即再次停止。直到不满足条件不执行结束。

实际开发应用

很多PHP开发者不了解生成器,其实主要是不了解应用领域。那么,生成器在实际开发中有哪些应用?

读取超大文件

PHP开发很多时候都要读取大文件,比如csv文件、text文件,或者一些日志文件。这些文件如果很大,比如5个G。这时,直接一次性把所有的内容读取到内存中计算不太现实。

这里生成器就可以派上用场啦。简单看个例子:读取text文件

image

我们创建一个text文本文档,并在其中输入几行文字,示范读取。

 $value) {
   echo $value.'
';
}

image

通过上图的输出结果我们可以看出代码完全正常。

但是,背后的代码执行规则却一点儿也不一样。使用生成器读取文件,第一次读取了第一行,第二次读取了第二行,以此类推,每次被加载到内存中的文字只有一行,大大的减小了内存的使用。

这样,即使读取上G的文本也不用担心,完全可以像读取很小文件一样编写代码。

 百万级别的访问量

yield生成器是php5.5之后出现的,yield提供了一种更容易的方法来实现简单的迭代对象,相比较定义类实现 Iterator 接口的方式,性能开销和复杂性大大降低。

yield生成器允许你 在 foreach 代码块中写代码来迭代一组数据而不需要在内存中创建一个数组。

使用示例:

/** 
 * 计算平方数列 
 * @param $start 
 * @param $stop 
 * @return Generator 
 */  
function squares($start, $stop) {  
    if ($start < $stop) {  
        for ($i = $start; $i <= yield="" i=""> $i * $i;  
        }  
    }  
    else {  
        for ($i = $start; $i >= $stop; $i--) {  
            yield $i => $i * $i; //迭代生成数组: 键=》值  
        }  
    }  
}  
foreach (squares(3, 15) as $n => $square) {  
    echo $n . ‘squared is‘ . $square . ‘
‘;  
}  
输出:  
    3 squared is 9  
    4 squared is 16  
    5 squared is 25  
    ...

示例2:

/对某一数组进行加权处理  
$numbers = array(‘nike‘ => 200, ‘jordan‘ => 500, ‘adiads‘ => 800);  
  
//通常方法,如果是百万级别的访问量,这种方法会占用极大内存  
function rand_weight($numbers)  
{  
    $total = 0;  
    foreach ($numbers as $number => $weight) {  
        $total += $weight;  
        $distribution[$number] = $total;  
    }  
    $rand = mt_rand(0, $total-1);  
  
    foreach ($distribution as $num => $weight) {  
        if ($rand < $weight) return $num;  
    }  
}  
  
//改用yield生成器  
function mt_rand_weight($numbers) {  
    $total = 0;  
    foreach ($numbers as $number => $weight) {  
        $total += $weight;  
        yield $number => $total;  
    }  
}  
  
function mt_rand_generator($numbers)  
{  
    $total = array_sum($numbers);  
    $rand = mt_rand(0, $total -1);  
    foreach (mt_rand_weight($numbers) as $num => $weight) {  
        if ($rand < $weight) return $num;  
    }  
}