Выгоднее всего положить в базу данных, которая специализируется на ключ-значении данных, типа redis или memcached и там делать манипуляции - они на этом специализируются.
Если с массивом работать напрямую, то выгоднее изменять существующий массив, в изменяющие функции передавать массив по ссылке, следить, чтобы методы при изменении массива не создавали новый массив, а работали с существующим.
Будут провалы производительности у границ количества элементов кратные степени двойки (
ссылка). Это плата за высокоуровневые фишки в виде ресайза массива, чего нет на низком уровне реализации интерпретатора PHP.