環境

PHP：7.0.12
pecl-msgpack：2.0.1

テストコード

messagepack_test.php

<?php

/**
 * バイナリダンプ
 * @param $data
 * @return string
 */
function bin_dump($data)
{
	$result = '';
	$binary = unpack("C*", $data);
	foreach ($binary as $v) {
		$result .= sprintf("%02x ", $v);
	}
	return $result;
}

/**
 * @param $message
 */
function write_line($message)
{
	echo $message . PHP_EOL;
}

/**
 * 出力
 * @param $array
 */
function output($array)
{
	var_dump($array);
	write_line(json_encode($array));
	write_line(bin_dump(msgpack_pack($array)));
	write_line(json_encode(msgpack_unpack(msgpack_pack($array))));
}


write_line("-----------------------------------------------");

//普通の配列
$array = array(1);
output($array);
write_line("------------------");

//参照foreach後
foreach ($array as &$row) {} unset($row);
output($array);

write_line("-----------------------------------------------");

//配列下の配列
$array = array(array(1));
output($array);
write_line("------------------");

//参照foreach後
foreach ($array[0] as &$row) {} unset($row);
output($array);

write_line("-----------------------------------------------");

//連想配列下の配列
$array = array("x" => array(1));
output($array);
write_line("------------------");

//参照foreach後
foreach ($array["x"] as &$row) {} unset($row);
output($array);

write_line("-----------------------------------------------");

出力

普通の配列	入力	参照foreach後
var_dump	array(1){[0]=> int(1)}	array(1){[0]=> int(1)}
json_encode	[1]	[1]
msgpack_pack	91 01	91 01
pack→unpack→json	[1]	[1]

配列下の配列	入力	参照foreach後
var_dump	array(1){[0]=> array(1){[0]=> int(1)}}	array(1){[0]=> array(1){[0]=> int(1)}}
json_encode	[[1]]	[[1]]
msgpack_pack	91 91 01	91 82 c0 01 00 01
pack→unpack→json	[[1]]	[[1]]

連想配列下の配列	入力	参照foreach後
var_dump	array(1){["x"]=> array(1){[0]=> int(1)}}	array(1){["x"]=> array(1){[0]=> int(1)}}
json_encode	{"x":[1]}	{"x":[1]}
msgpack_pack	81 a1 78 91 01	81 a1 78 82 c0 01 00 01
pack→unpack→json	{"x":[1]}	{"x":[1]}

配列下の配列と連想配列下の配列を、直接参照foraechするとnullのキーが入ってしまう。
出力のmessagepackをjsonでかくとこう。

配列下の配列

[
	{
		null: 1,
		0: 1
	}
]

連想配列下の配列

{
	"x": {
		null: 1,
		0: 1
	}
}

phpでpackしたものをphpでunpackする場合はちゃんと戻ってる。
forなりキーなりで更新して参照渡ししなければ大丈夫そう。

foreach ($array["x"] as $key => $row) {
	$array["x"][$key] = 2;
}

今のところPHP7.0＋msgpack2.0.1でしか試してないので、情報ください。