php求差集大数组内存溢出

2023-05-22 19:05:35 146人浏览八月长安

摘要

在 PHP 开发中，处理大型数组时很容易遇到内存问题。本文将讨论如何使用 array_diff 算法求解巨大数组的差集。此外，还会介绍如何使用不同的内存管理技术来优化处理大型数组的性能。一、问题描述考虑这样一个场景：有两个数组，它们都非常大

在 PHP 开发中，处理大型数组时很容易遇到内存问题。本文将讨论如何使用 array_diff 算法求解巨大数组的差集。此外，还会介绍如何使用不同的内存管理技术来优化处理大型数组的性能。

一、问题描述

考虑这样一个场景：有两个数组，它们都非常大，每个数组都有 10 万个元素。现在要找出这两个数组的差集。简单来说，就是要找出只存在于一个数组中的元素。下面是代码实现：

<?php
$array1 = array();
$array2 = array();

// 初始化数组1，2，每个数组都有 10 万个元素
for($i=0;$i<1000000;$i++){
    $array1[$i] = $i;
    $array2[$i] = $i+1;
}

// 计算差集
$result = array_diff($array1, $array2);

print_r($result);
?>

当我们运行上面的代码时，会发现页面很快变得无响应，然后报错说我们的 PHP 脚本已经用完了可分配的内存。这是因为 PHP 的默认内存限制是 128MB，不足以承载大型数组。因此，需要考虑优化算法或采取其他的内存管理技术来解决这个问题。

二、优化算法

如果数组中的元素已经按顺序排列，那么可以使用游标来加速查找，这可以减少运行时间并降低内存使用率。下面是代码实现：

<?php
$array1 = array();
$array2 = array();

// 初始化数组1，2，每个数组都有 10 万个元素
for($i=0;$i<1000000;$i++){
    $array1[$i] = $i;
    $array2[$i] = $i+1;
}

// 排序数组1、2
sort($array1);
sort($array2);

// 初始化游标
$cursor1 = $cursor2 = 0;

// 计算差集
$result = array();
while($cursor1 < count($array1) && $cursor2 < count($array2)){
    if($array1[$cursor1] < $array2[$cursor2]){
        $result[] = $array1[$cursor1];
        $cursor1++;
    }
    elseif($array1[$cursor1] > $array2[$cursor2]){
        $cursor2++;
    }
    else{
        $cursor1++;
        $cursor2++;
    }
}

// 将数组1中剩余的元素添加入结果数组
while($cursor1 < count($array1)){
    $result[] = $array1[$cursor1];
    $cursor1++;
}

print_r($result);
?>

上述代码将优化执行时间，并使内存使用效率更高。但是，如果数组中没有按顺序排列，那么将无法使用这种算法。

三、采用分段处理技术

在 PHP 中，array_diff 处理大型数组时使用的内存开销非常大。但是，PHP 的内存管理器会在每次内存分配时维护一张内存分配表。这张表可以检测到每个内存分配的大小和位置。因此，可以使用分段处理技术，将一个大型数组划分为许多小型的子数组，并对每个子数组进行分别处理，从而避免占用太多的内存空间。下面是代码实现：

<?php
$array1 = array();
$array2 = array();

// 初始化数组1，2，每个数组都有 10 万个元素
for($i=0;$i<1000000;$i++){
    $array1[$i] = $i;
    $array2[$i] = $i+1;
}

// 分段，每段 10000 个元素
$chunkSize = 10000;
$chunks1 = array_chunk($array1, $chunkSize);
$chunks2 = array_chunk($array2, $chunkSize);

// 计算差集
$result = array();
foreach($chunks1 as $chunk1){
    $temp = array_diff($chunk1, array_merge(...$chunks2));
    $result = array_merge($result,$temp);
}

print_r($result);
?>

上述代码中，我们将数组划分为许多大小为 10000 的子数组，并将它们存储在 chunks1 和 chunks2 数组中。我们然后循环 chunks1，使用 array_diff 计算每个子数组与 chunks2 的差集，并将结果追加到 $result 结果数组中。最终，我们将 $result 归并到最终的结果中。

四、使用生成器模拟遍历算法

另一个解决大型数组的内存问题的方法是使用 PHP 的生成器来模拟寻找两个数组差集的遍历。PHP 的生成器允许你逐个产生序列中的值，而不是在内存中构建整个序列。下面是代码实现：

<?php
$array1 = array();
$array2 = array();

// 初始化数组1，2，每个数组都有 10 万个元素
for($i=0;$i<1000000;$i++){
    $array1[$i] = $i;
    $array2[$i] = $i+1;
}

// 计算差集
$result = array();
function diff($arr1, $arr2) {
    sort($arr1);
    sort($arr2);
    $i = $j = 0;
    while($i < count($arr1) && $j < count($arr2)) {
        if($arr1[$i] < $arr2[$j]) {
            yield $arr1[$i];
            $i++;
        }
        elseif($arr1[$i] > $arr2[$j]){
            $j++;
        }
        else{
            $i++;
            $j++;
        }
    }
    while($i < count($arr1)) {
        yield $arr1[$i];
        $i++;
    }
}

// 遍历 generator
foreach (diff($array1, $array2) as $value) {
    $result[] = $value;
}

print_r($result);
?>

在上面的代码中，我们定义了一个 diff 函数，使用生成器来模拟计算数组差集的遍历。通过对子数组顺序进行排序，然后使用游标比较来查找两个数组的差异，该算法使用了更少的内存和 CPU 时间。

五、总结

在 PHP 开发中，处理大型数组时需要特别小心，因为它们可能会占用太多的内存从而导致内存溢出。本文中，我们介绍了一些技术，如算法优化、分段处理技术和生成器模拟遍历算法，可以用来处理大数组。选择哪种方法取决于您的要求和环境。您可以根据自己的需要，用不同的技术来优化您的代码，在处理大型数组时提高代码的性能和可维护性。

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