深入理解PHP之isset和array_key_exists对比

cxymds

2019-06-28

1、概述

经常使用isset判断变量或数组中的键是否存在, 但是数组中可以使用array_key_exists这个函数, 那么这两个谁最优呢?

官方文档对两者的定义

-	分类	描述	文档
isset	语言构造器	检测变量是否已设置并且非 NULL	http://php.net/manual/zh/function.isset.php
array_key_exists	函数	检查数组里是否有指定的键名或索引	http://php.net/manual/zh/function.array-key-exists.php

isset() 对于数组中为 NULL 的值不会返回 TRUE，而 array_key_exists() 会。
array_key_exists() 仅仅搜索第一维的键。多维数组里嵌套的键不会被搜索到。
要检查对象是否有某个属性，应该去用 property_exists()。

2、测试

2.1 测试环境

OS	PHP	PHPUnit
MacOS 10.13.6	PHP 7.2.7 (cli)	PHPUnit 6.5.7

2.2 单元测试

class issetTest extends \PHPUnit\Framework\TestCase
{
    /**
     * @dataProvider dataArr
     */
    public function testName($arr)
    {
        $this->assertTrue(isset($arr['name']));
        $this->assertFalse(isset($arr['age']));
        $this->assertTrue(isset($arr['sex']));
        $this->assertTrue(array_key_exists('name', $arr));
        $this->assertTrue(array_key_exists('age', $arr));
        $this->assertTrue(array_key_exists('sex', $arr));
        $this->assertFalse(empty($arr['name']));
        $this->assertTrue(empty($arr['age']));
        $this->assertTrue(empty($arr['sex']));
    }

    public function dataArr()
    {
        return [
            [
                ['name' => 123, 'age' => null, 'sex' => 0]
            ]
        ];
    }
}

/*
PHPUnit 6.5.7 by Sebastian Bergmann and contributors.

.                                                                   1 / 1 (100%)

Time: 113 ms, Memory: 8.00MB

OK (1 test, 9 assertions)
*/

2.3 性能-执行时间

如上, php cli环境下, 执行10000000次, 测试代码和执行时间如下:

<?php

$arr = [
    'name' => 123,
    'age' => null
];

$max = 10000000;

testFunc($arr, 'name', $max);
testFunc($arr, 'age', $max);

function testFunc($arr, $key, $max = 1000)
{
    echo '`$arr[\'', $key, '\']` | - | -', PHP_EOL;

    $startTime = microtime(true);
    for ($i = 0; $i <= $max; $i++) {
        isset($arr[$key]);
    }
    echo '^ | isset |  ', microtime(true) - $startTime, PHP_EOL;

    $startTime = microtime(true);
    for ($i = 0; $i <= $max; $i++) {
        array_key_exists($key, $arr);
    }
    echo '^ | array_key_exists | ', microtime(true) - $startTime, PHP_EOL;

    $startTime = microtime(true);
    for ($i = 0; $i <= $max; $i++) {
        isset($arr[$key]) || array_key_exists($key, $arr);
    }
    echo '^ | isset or array_key_exists | ', microtime(true) - $startTime, PHP_EOL;
}

PHP 5.6
-|函数|执行时间(s)

`$arr['name']`	-	-
^	isset	0.64719796180725
^	array_key_exists	2.5713651180267
^	isset or array_key_exists	1.1359150409698
`$arr['age']`	-	-
^	isset	0.53988218307495
^	array_key_exists	2.7240340709686
^	isset or array_key_exists	2.9613540172577

PHP 7.2.4
-|函数|执行时间(s)

`$arr['name']`	-	-
^	isset	0.24308800697327
^	array_key_exists	0.3645191192627
^	isset or array_key_exists	0.28933310508728
`$arr['age']`	-	-
^	isset	0.23279714584351
^	array_key_exists	0.33850502967834
^	isset or array_key_exists	0.54935812950134

2.4 性能-使用VLD查看opcode

/usr/local/Cellar/php/7.2.7/bin/php -d vld.active=1 -dvld.verbosity=3 vld.php

描述	isset	array_key_exists
code	`$arr = ['name' => 'li']; isset($arr['name']);`	`$arr = ['name' => 'li']; array_key_exists('name', $arr);`
-dvld.active=1
-dvld.verbosity=3

3、源码

3.1 isset 源码分析

Zend/zend_language_scanner.l (Scanning阶段)

Scanning阶段，程序会扫描zend_language_scanner.l文件将代码文件转换成语言片段。

<ST_IN_SCRIPTING>"isset" {
    RETURN_TOKEN(T_ISSET);
}

可见 isset 生成对应的token为 T_ISSET

3.1.2 Zend/zend_language_parser.y (Parsing阶段)

当执行PHP源码，会先进行语法分析，isset的yacc如下：
接下来就到了Parsing阶段，这个阶段，程序将 T_ISSET 等Tokens转换成有意义的表达式，此时会做语法分析，Tokens的yacc保存在zend_language_parser.y文件中。isset的yacc如下(T_ISSET)：

internal_functions_in_yacc:
        T_ISSET '(' isset_variables ')' { $$ = $3; }
    |    T_EMPTY '(' expr ')' { $$ = zend_ast_create(ZEND_AST_EMPTY, $3); }
    |    T_INCLUDE expr
            { $$ = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_INCLUDE_OR_EVAL, ZEND_INCLUDE, $2); }
    |    T_INCLUDE_ONCE expr
            { $$ = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_INCLUDE_OR_EVAL, ZEND_INCLUDE_ONCE, $2); }
    |    T_EVAL '(' expr ')'
            { $$ = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_INCLUDE_OR_EVAL, ZEND_EVAL, $3); }
    |    T_REQUIRE expr
            { $$ = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_INCLUDE_OR_EVAL, ZEND_REQUIRE, $2); }
    |    T_REQUIRE_ONCE expr
            { $$ = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_INCLUDE_OR_EVAL, ZEND_REQUIRE_ONCE, $2); }
;

isset_variables:
        isset_variable { $$ = $1; }
    |    isset_variables ',' isset_variable
            { $$ = zend_ast_create(ZEND_AST_AND, $1, $3); }
;

isset_variable:
        expr { $$ = zend_ast_create(ZEND_AST_ISSET, $1); }
;

%%

/* Zend/zend_ast.c */
# zend_ast_export_ex
case ZEND_AST_EMPTY:
    FUNC_OP("empty");
case ZEND_AST_ISSET:
    FUNC_OP("isset");

最终执行了zend_ast_create(ZEND_AST_ISSET, $1);

我们知道, PHP7开始, 语法解析过程的产物保存于CG(AST)，接着zend引擎会把AST进一步编译为 zend_op_array ，它是编译阶段最终的产物，也是执行阶段的输入

3.1.3 Zend/zend_compile.c(将表达式编译成opcodes)

将表达式编译成opcodes，可见isset对应的opcodes为ZEND_AST_ISSET。打开zend_compile.c文件

# void zend_compile_expr(znode *result, zend_ast *ast) /* {{{ */
    
case ZEND_AST_ISSET:
case ZEND_AST_EMPTY:
    zend_compile_isset_or_empty(result, ast);
    return;

最终执行了zend_compile_isset_or_empty函数，在源码目录中查找, 可以发现，此函数也在 zend_compile.c 文件中定义。

void zend_compile_isset_or_empty(znode *result, zend_ast *ast) /* {{{ */
{
    zend_ast *var_ast = ast->child[0];

    znode var_node;
    zend_op *opline = NULL;

    ZEND_ASSERT(ast->kind == ZEND_AST_ISSET || ast->kind == ZEND_AST_EMPTY);

    if (!zend_is_variable(var_ast) || zend_is_call(var_ast)) {
        if (ast->kind == ZEND_AST_EMPTY) {
            /* empty(expr) can be transformed to !expr */
            zend_ast *not_ast = zend_ast_create_ex(ZEND_AST_UNARY_OP, ZEND_BOOL_NOT, var_ast);
            zend_compile_expr(result, not_ast);
            return;
        } else {
            zend_error_noreturn(E_COMPILE_ERROR,
                "Cannot use isset() on the result of an expression "
                "(you can use \"null !== expression\" instead)");
        }
    }

    switch (var_ast->kind) {
        case ZEND_AST_VAR:
            if (is_this_fetch(var_ast)) {
                opline = zend_emit_op(result, ZEND_ISSET_ISEMPTY_THIS, NULL, NULL);
            } else if (zend_try_compile_cv(&var_node, var_ast) == SUCCESS) {
                opline = zend_emit_op(result, ZEND_ISSET_ISEMPTY_VAR, &var_node, NULL);
                opline->extended_value = ZEND_FETCH_LOCAL | ZEND_QUICK_SET;
            } else {
                opline = zend_compile_simple_var_no_cv(result, var_ast, BP_VAR_IS, 0);
                opline->opcode = ZEND_ISSET_ISEMPTY_VAR;
            }
            break;
        case ZEND_AST_DIM:
            opline = zend_compile_dim_common(result, var_ast, BP_VAR_IS);
            opline->opcode = ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ;
            break;
        case ZEND_AST_PROP:
            opline = zend_compile_prop_common(result, var_ast, BP_VAR_IS);
            opline->opcode = ZEND_ISSET_ISEMPTY_PROP_OBJ;
            break;
        case ZEND_AST_STATIC_PROP:
            opline = zend_compile_static_prop_common(result, var_ast, BP_VAR_IS, 0);
            opline->opcode = ZEND_ISSET_ISEMPTY_STATIC_PROP;
            break;
        EMPTY_SWITCH_DEFAULT_CASE()
    }

    result->op_type = opline->result_type = IS_TMP_VAR;
    opline->extended_value |= ast->kind == ZEND_AST_ISSET ? ZEND_ISSET : ZEND_ISEMPTY;
}
/* }}} */

从这个函数最后一行可以看出，最终执行的还是ZEND_ISSET, 根据不同的用法会使用不同的opcode处理, 此处以ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ为例。

3.1.4 Zend/zend_vm_execute.h (执行opcodes)

opcode 对应处理函数的命名规律：

ZEND_[opcode]_SPEC_(变量类型1)_(变量类型2)_HANDLER

变量类型1和变量类型2是可选的，如果同时存在，那就是左值和右值，归纳有下几类： VAR TMP CV UNUSED CONST 这样可以根据相关的执行场景来判定。

zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CONST_CONST_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CONST_TMPVAR_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CONST_CV_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_CONST_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_TMPVAR_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_CV_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_CONST_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_TMPVAR_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_TMPVAR_CV_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CV_CONST_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CV_TMPVAR_HANDLER,
zend_vm_execute.h: ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CV_CV_HANDLER,

我们看下 ZEND_ISSET_ISEMPTY_DIM_OBJ_SPEC_CV_CV_HANDLER 这个处理函数

if (opline->extended_value & ZEND_ISSET) {
    /* > IS_NULL means not IS_UNDEF and not IS_NULL */
    result = value != NULL && Z_TYPE_P(value) > IS_NULL &&
        (!Z_ISREF_P(value) || Z_TYPE_P(Z_REFVAL_P(value)) != IS_NULL);
} else /* if (opline->extended_value & ZEND_ISEMPTY) */ {
    result = (value == NULL || !i_zend_is_true(value));
}

上面的 if ... else 就是判断是isset，还是empty，然后做不同处理，Z_TYPE_P, i_zend_is_true 不同判断。

可见，isset的最终实现是通过 Z_TYPE_P 获取变量类型，然后再进行判断的。

函数的完整定义请查看Zend/zend_vm_execute.h，以下是 i_zend_is_true 和 Z_TYPE_P的定义：

3.2 array_key_exists 源码分析

3.2.1 ext/standard/array.c (数组扩展中实现)

array_key_exists是php内置函数，通过扩展方式实现的。打开php源码，ext/standard/目录下

// ➜  standard git:(master) ✗ grep -r 'PHP_FUNCTION(array_key_exists)' *

array.c: PHP_FUNCTION(array_key_exists)
php_array.h: PHP_FUNCTION(array_key_exists);

具体实现如下：

/* {{{ proto bool array_key_exists(mixed key, array search)
   Checks if the given key or index exists in the array */
PHP_FUNCTION(array_key_exists)
{
    zval *key;                    /* key to check for */
    HashTable *array;            /* array to check in */

#ifndef FAST_ZPP
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS(), "zH", &key, &array) == FAILURE) {
        return;
    }
#else
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(2, 2)
        Z_PARAM_ZVAL(key)
        Z_PARAM_ARRAY_OR_OBJECT_HT(array)
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();
#endif

    switch (Z_TYPE_P(key)) {
        case IS_STRING:
            if (zend_symtable_exists_ind(array, Z_STR_P(key))) {
                RETURN_TRUE;
            }
            RETURN_FALSE;
        case IS_LONG:
            if (zend_hash_index_exists(array, Z_LVAL_P(key))) {
                RETURN_TRUE;
            }
            RETURN_FALSE;
        case IS_NULL:
            if (zend_hash_exists_ind(array, ZSTR_EMPTY_ALLOC())) {
                RETURN_TRUE;
            }
            RETURN_FALSE;

        default:
            php_error_docref(NULL, E_WARNING, "The first argument should be either a string or an integer");
            RETURN_FALSE;
    }
}
/* }}} */

可以看到, 是通过 Z_TYPE_P 宏获取变量类型, 通过 zend_hash 相关函数判断 key 是否存在。以key为字符串为例，在Zend/zend_hash.h追踪具体实现：

3.2.2 Zend/zend_hash.h

ZEND_API zval* ZEND_FASTCALL zend_hash_find(const HashTable *ht, zend_string *key);

...

static zend_always_inline int zend_symtable_exists_ind(HashTable *ht, zend_string *key)
{
    zend_ulong idx;

    if (ZEND_HANDLE_NUMERIC(key, idx)) {
        return zend_hash_index_exists(ht, idx);
    } else {
        return zend_hash_exists_ind(ht, key);
    }
}

static zend_always_inline int zend_hash_exists_ind(const HashTable *ht, zend_string *key)
{
    zval *zv;

    zv = zend_hash_find(ht, key);
    return zv && (Z_TYPE_P(zv) != IS_INDIRECT ||
            Z_TYPE_P(Z_INDIRECT_P(zv)) != IS_UNDEF);
}

再次先通过函数ZEND_HANDLE_NUMERIC对key做判断，看这个字符串是不是数字类型的, 当key为数字时执行 zend_hash_index_exists, 实现如下:

3.2.3 Zend/zend_hash.c

3.2.3.1 zend_hash_index_exists()

/**
 * 这里有一个宏HASH_FLAG_PACKED，为真就代表当前数组的key都是系统生成的，也就是说是按从0到1，2，3等等按序排列的，所以判读键为key的是否存在，直接检查arData数组中第idx个元素是否有定义就行了，这里不涉及什么hash查找，冲突解决等一系列问题。
 *  
 * 但如果HASH_FLAG_PACKED为假，那么肯定就需要先计算idx的hash值，找到key为idx的数据应该在arData的第几位才行。这就要通过函数zend_hash_index_find_bucket了。
 */
ZEND_API zend_bool ZEND_FASTCALL zend_hash_index_exists(const HashTable *ht, zend_ulong h)
{
    Bucket *p;

    IS_CONSISTENT(ht);

    if (ht->u.flags & HASH_FLAG_PACKED) {
        if (h < ht->nNumUsed) {
            if (Z_TYPE(ht->arData[h].val) != IS_UNDEF) {
                return 1;
            }
        }
        return 0;
    }

    p = zend_hash_index_find_bucket(ht, h);
    return p ? 1 : 0;
}

3.2.3.2 zend_hash_find()

在Zend/zend_hash.c中有zend_hash_find()的实现, code如下:

/*++-- zend_hash_find --++*/
/* Returns the hash table data if found and NULL if not. */
ZEND_API zval* ZEND_FASTCALL zend_hash_find(const HashTable *ht, zend_string *key)
{
    Bucket *p;

    IS_CONSISTENT(ht);

    p = zend_hash_find_bucket(ht, key);
    return p ? &p->val : NULL;
}

3.2.3.3 zend_hash_index_find_bucket()

static zend_always_inline Bucket *zend_hash_index_find_bucket(const HashTable *ht, zend_ulong h)
{
    uint32_t nIndex;
    uint32_t idx;
    Bucket *p, *arData;

    arData = ht->arData;
    nIndex = h | ht->nTableMask;
    idx = HT_HASH_EX(arData, nIndex);
    while (idx != HT_INVALID_IDX) {
        ZEND_ASSERT(idx < HT_IDX_TO_HASH(ht->nTableSize));
        p = HT_HASH_TO_BUCKET_EX(arData, idx);
        if (p->h == h && !p->key) {
            return p;
        }
        idx = Z_NEXT(p->val);
    }
    return NULL;
}

3.2.3.4 zend_hash_find_bucket()

static zend_always_inline Bucket *zend_hash_find_bucket(const HashTable *ht, zend_string *key)
{
    zend_ulong h;
    uint32_t nIndex;
    uint32_t idx;
    Bucket *p, *arData;

    h = zend_string_hash_val(key);
    arData = ht->arData;
    nIndex = h | ht->nTableMask;
    idx = HT_HASH_EX(arData, nIndex);
    while (EXPECTED(idx != HT_INVALID_IDX)) {
        p = HT_HASH_TO_BUCKET_EX(arData, idx);
        if (EXPECTED(p->key == key)) { /* check for the same interned string */
            return p;
        } else if (EXPECTED(p->h == h) &&
             EXPECTED(p->key) &&
             EXPECTED(ZSTR_LEN(p->key) == ZSTR_LEN(key)) &&
             EXPECTED(memcmp(ZSTR_VAL(p->key), ZSTR_VAL(key), ZSTR_LEN(key)) == 0)) {
            return p;
        }
        idx = Z_NEXT(p->val);
    }
    return NULL;
}

这里需要明白一点，数字的哈希值就等于他本身，所以才有不计算h的哈希值，就执行h | ht->nTableMask。

然后处理一下冲突，最后得出key为idx的数据是否存在于数组中。

如果idx确确实实是字符串，那么思路更简单一点，最后通过zen_hash_find_bucket来判断是否存在，与上面zend_hash_index_find_bucket不同的是，函数中要先计算字符串key的哈希值，然后再执行h | ht->nTableMask。

如下,

zend_symtable_exists_ind -->ZEND_HANDLE_NUMERIC{ZEND_HANDLE_NUMERIC}
    ZEND_HANDLE_NUMERIC --> zend_hash_index_exists
    ZEND_HANDLE_NUMERIC --> zend_hash_exists_ind
    zend_hash_index_exists-->zend_hash_index_find_bucket
    zend_hash_exists_ind-->zend_hash_find
    zend_hash_find-->zend_hash_find_bucket

4、总结

isset效率高于array_key_exists, PHP7之后有30%左右的提升, php5.6有将近70%的提升。
isset是语法结构, array_key_exists是函数, 调用开销要小。
isset通过 Z_TYPE_P 获取变量类型，然后再进行判断实现的; array_key_exists则是通过hash查找来实现的。
对于数组，isset的性能要高于array_key_exists 所以，如果数组比较大，我们应该用如下方法保证性能和准确性 isset or array_key_exists。

5、扩展阅读

PHP源码
PHP7内核剖析
升级 php7 后 isset 不太对了
[[PHP源码阅读]empty和isset函数](http://www.hoohack.me/2016/05...
深入理解PHP内核
PHP安装与使用VLD查看opcode代码
array_key_exists官方文档
isset官方文档

isset php arr