PHP `Swoole` `Table` (`内存表`) 内部：基于共享内存的高性能数据结构

Swoole Table：内存里的“小金库”

各位朋友们，大家好！我是今天的主讲人，很高兴能和大家一起聊聊 Swoole 里一个非常实用的组件—— Table，也就是我们常说的内存表。

想象一下，你经营着一家小卖部，每天都要频繁查询商品价格、库存数量等信息。如果每次都去数据库里查，那速度慢得让人抓狂。这时候，你是不是特别想把这些常用的信息都记在一个小本本上，随时翻阅？ Swoole Table 的作用就类似于这个“小本本”，它把数据存储在共享内存里，访问速度飞快，简直就是内存里的“小金库”！

什么是 Swoole Table？

简单来说，Swoole Table 是 Swoole 提供的基于共享内存的高性能数据结构。它可以用于进程间共享数据，而且由于数据直接存储在内存中，所以读写速度非常快。

• 共享内存： 允许多个进程访问同一块内存区域，避免了进程间数据传递的开销。
• 高性能： 内存读写速度远高于磁盘读写，适用于对性能要求高的场景。
• 进程间通信： 可以作为进程间通信的手段，方便不同进程共享数据。

为什么要用 Swoole Table？

在传统的 PHP 开发中，如果我们想实现进程间共享数据，通常会使用文件、数据库、Redis 等方式。这些方式各有优缺点，但都存在一定的性能瓶颈。

• 文件： 读写速度慢，并发访问容易出现问题。
• 数据库： 增加了数据库的压力，而且每次查询都需要进行网络通信。
• Redis： 需要额外维护一个 Redis 服务，增加了系统的复杂性。

Swoole Table 则提供了一种更轻量级、更高效的解决方案。它直接在内存中存储数据，避免了网络通信和磁盘 IO，从而大大提高了性能。

适用场景：

• 实时统计： 统计在线人数、请求次数等。
• 缓存： 缓存一些常用的数据，提高访问速度。
• 进程间共享状态： 共享一些进程的状态信息，方便协调工作。
• 会话管理： 存储用户的会话信息。

Swoole Table 的基本用法

接下来，我们通过一些代码示例来了解 Swoole Table 的基本用法。

1. 创建 Table

首先，我们需要创建一个 SwooleTable 对象，并指定 Table 的大小和列的定义。

<?php

$table = new SwooleTable(1024); // 创建一个可以存储 1024 行数据的 Table

// 定义列
$table->column('id', SwooleTable::TYPE_INT, 4);       // int 类型，占用 4 个字节
$table->column('name', SwooleTable::TYPE_STRING, 32);  // string 类型，最大长度为 32 字节
$table->column('score', SwooleTable::TYPE_FLOAT);     // float 类型

// 创建 Table
$table->create();

echo "Table created successfully!n";

?>

代码解释：

• new SwooleTable(1024)：创建一个可以存储 1024 行数据的 Table 对象。1024 是 Table 的大小，表示可以存储多少行数据。
• $table->column('id', SwooleTable::TYPE_INT, 4)：定义一个名为 id 的列，类型为 int，占用 4 个字节。
• $table->column('name', SwooleTable::TYPE_STRING, 32)：定义一个名为 name 的列，类型为 string，最大长度为 32 字节。
• $table->column('score', SwooleTable::TYPE_FLOAT)：定义一个名为 score 的列，类型为 float。
• $table->create()：创建 Table，分配内存空间。

注意事项：

• Table 的大小必须是 2 的幂次方，例如 1024, 2048, 4096 等。
• string 类型的列必须指定最大长度，否则会报错。
• column 方法必须在 create 方法之前调用。

2. 写入数据

创建 Table 之后，我们可以使用 set 方法来写入数据。

<?php

// ... (创建 Table 的代码)

// 写入数据
$table->set('user1', ['id' => 1, 'name' => '张三', 'score' => 90.5]);
$table->set('user2', ['id' => 2, 'name' => '李四', 'score' => 85.0]);

echo "Data written successfully!n";

?>

代码解释：

• $table->set('user1', ['id' => 1, 'name' => '张三', 'score' => 90.5])：将 user1 作为 key，['id' => 1, 'name' => '张三', 'score' => 90.5] 作为 value，写入 Table。

3. 读取数据

可以使用 get 方法来读取数据。

<?php

// ... (创建 Table 和写入数据的代码)

// 读取数据
$user1 = $table->get('user1');
$user2 = $table->get('user2', 'name'); // 只读取 name 列

var_dump($user1);
var_dump($user2);

?>

代码解释：

• $table->get('user1')：读取 key 为 user1 的所有列的数据。
• $table->get('user2', 'name')：只读取 key 为 user2 的 name 列的数据。

4. 检查数据是否存在

可以使用 exists 方法来检查数据是否存在。

<?php

// ... (创建 Table 和写入数据的代码)

// 检查数据是否存在
$existsUser1 = $table->exists('user1');
$existsUser3 = $table->exists('user3');

var_dump($existsUser1); // bool(true)
var_dump($existsUser3); // bool(false)

?>

5. 删除数据

可以使用 del 方法来删除数据。

<?php

// ... (创建 Table 和写入数据的代码)

// 删除数据
$table->del('user1');

$existsUser1 = $table->exists('user1');

var_dump($existsUser1); // bool(false)

?>

6. 自增/自减

Swoole Table 还提供了 incr 和 decr 方法，用于对 int 或 float 类型的列进行自增或自减操作。

<?php

// ... (创建 Table 和写入数据的代码)

// 自增
$table->incr('user2', 'score', 1.5); // 将 user2 的 score 列增加 1.5

// 自减
$table->decr('user2', 'score', 0.5); // 将 user2 的 score 列减少 0.5

$user2 = $table->get('user2');
var_dump($user2);
?>

7. 统计信息

可以使用 count 方法获取 Table 中数据的行数。

<?php

// ... (创建 Table 和写入数据的代码)

// 统计信息
$count = $table->count();

var_dump($count); // int(2)

?>

Swoole Table 的数据类型

Swoole Table 支持以下数据类型：

类型	说明	占用字节数
SwooleTable::TYPE_INT	整型	1, 2, 4, 8
SwooleTable::TYPE_STRING	字符串，必须指定最大长度	长度由用户指定
SwooleTable::TYPE_FLOAT	浮点数	8

选择合适的数据类型非常重要，它可以影响 Table 的性能和内存占用。

• 如果你的数据是整数，尽量选择占用字节数小的类型，例如 TYPE_INT，占用1，2，4，8个字节，可以根据实际数据大小选择。
• 如果你的数据是字符串，尽量指定一个合适的长度，避免浪费内存。

Swoole Table 的高级用法

除了基本用法之外，Swoole Table 还提供了一些高级功能，可以满足更复杂的需求。

1. 进程间共享 Table

Swoole Table 的一个重要特点就是可以在多个进程之间共享。这意味着我们可以在不同的 Worker 进程中使用同一个 Table 对象，实现数据的共享和同步。

<?php

$server = new SwooleHttpServer("0.0.0.0", 9501);

// 创建 Table
$table = new SwooleTable(1024);
$table->column('id', SwooleTable::TYPE_INT, 4);
$table->column('name', SwooleTable::TYPE_STRING, 32);
$table->column('score', SwooleTable::TYPE_FLOAT);
$table->create();

// 将 Table 对象传递给 Server
$server->table = $table;

$server->on('Request', function ($request, $response) use ($server) {
    $server->table->set('user1', ['id' => 1, 'name' => '张三', 'score' => 90.5]);
    $user1 = $server->table->get('user1');
    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    $response->end(json_encode($user1));
});

$server->start();

?>

代码解释：

• 在创建 SwooleHttpServer 对象之后，我们创建了一个 SwooleTable 对象。
• 通过 $server->table = $table 将 Table 对象赋值给 Server 对象的一个属性。
• 在 onRequest 回调函数中，我们可以通过 $server->table 来访问 Table 对象，进行数据的读写操作。

2. Table 的锁机制

在多进程并发访问 Table 时，可能会出现数据竞争的问题。为了保证数据的安全性，Swoole Table 提供了一些锁机制。

• 行锁： 在读取或写入某一行数据时，对该行数据进行加锁，防止其他进程同时修改该行数据。
• 表锁： 在读取或写入整个 Table 时，对整个 Table 进行加锁，防止其他进程同时访问 Table。

注意，Swoole的Table的底层已经实现了CAS锁，所以不需要手动加锁。

3. 使用场景案例

案例1： 统计网站的在线人数

<?php

$server = new SwooleWebSocketServer("0.0.0.0", 9502);

$table = new SwooleTable(1024);
$table->column('fd', SwooleTable::TYPE_INT);
$table->create();

$server->table = $table;

$server->on('Open', function (SwooleWebSocketServer $server, $request) {
    echo "server: handshake success with fd{$request->fd}n";
    $server->table->set($request->fd, ['fd' => $request->fd]);
    echo "Online user count: " . $server->table->count() . "n";
});

$server->on('Message', function (SwooleWebSocketServer $server, $frame) {
    echo "received message: {$frame->data}n";
    $server->push($frame->fd, "this is server");
});

$server->on('Close', function (SwooleWebSocketServer $server, $fd) {
    echo "client {$fd} is closedn";
    $server->table->del($fd);
    echo "Online user count: " . $server->table->count() . "n";
});

$server->start();

?>

案例2： 缓存热点数据

<?php

$server = new SwooleHttpServer("0.0.0.0", 9503);

$table = new SwooleTable(4096);
$table->column('data', SwooleTable::TYPE_STRING, 2048);
$table->create();

$server->table = $table;

$server->on('Request', function ($request, $response) use ($server) {
    $uri = $request->server['request_uri'];

    // 检查 Table 中是否缓存了数据
    if ($server->table->exists($uri)) {
        $data = $server->table->get($uri, 'data');
        echo "Get data from cache: " . $uri . "n";
    } else {
        // 从数据库中获取数据
        $data = "Data from database: " . $uri . " - " . time();
        echo "Get data from database: " . $uri . "n";

        // 将数据缓存到 Table 中
        $server->table->set($uri, ['data' => $data]);
    }

    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    $response->end($data);
});

$server->start();

?>

Swoole Table 的注意事项

• 内存占用： Table 的数据存储在共享内存中，会占用一定的内存空间。因此，我们需要合理设置 Table 的大小和列的类型，避免浪费内存。
• 数据持久化： Table 的数据存储在内存中，如果服务器重启，数据会丢失。因此，如果需要持久化数据，需要将数据定期写入到磁盘或其他存储介质中。
• 并发安全： 在多进程并发访问 Table 时，需要注意并发安全问题，避免数据竞争。

总结

Swoole Table 是一个非常实用、高效的组件，可以用于进程间共享数据，提高应用程序的性能。希望通过今天的讲解，大家能够对 Swoole Table 有更深入的了解，并在实际开发中灵活运用。

总而言之，Swoole的Table就是一个在内存中开辟的小金库，使用得当能够极大的提高应用的性能。希望今天的分享能够帮助到大家，谢谢！