多分たまたまC言語実装がそうなっているだけなのでしょうが、タイトル通りの現象が起きます。起きるのは次の通りArrayAccessを実装した際のemptyです。

　ArrayAccessの説明には次の様にあります。

ArrayAccess::offsetGet

(PHP 5, PHP 7)

ArrayAccess::offsetGet — オフセットを取得する

説明 ¶

abstract public ArrayAccess::offsetGet
( mixed $offset
) : mixed

指定したオフセットの値を返します。

このメソッドは、オフセットが empty() かどうかを調べる際に実行されます。

ArrayAccess::offsetExists

(PHP 5, PHP 7)

ArrayAccess::offsetExists — オフセットが存在するかどうか

説明 ¶

abstract public ArrayAccess::offsetExists
( mixed $offset
) : bool

オフセットが存在するかどうかを返します。

このメソッドが実行されるのは、ArrayAccess
を実装したオブジェクト上で isset() あるいは
empty() を使用した場合です。

注意:

empty() を使用すると ArrayAccess::offsetGet()
がコールされ、ArrayAccess::offsetExists() が
TRUE を返すかどうかで空かどうかを判断します。

　要するにemptyの真偽をArrayAccess::offsetExists && ArrayAccess::offsetGetという式で判断しています。このため最初の画像の様にArrayAccess::offsetExistsとArrayAccess::offsetGetにvar_dumpを仕込むとemptyと一度組み込み関数を使っただけで2か所のvar_dumpが走りました。
　ArrayAccess::offsetExists && ArrayAccess::offsetGetという表現から予想できるように短絡評価をしています。そもそもnullの場合はArrayAccess::offsetExistsのみを実行して終わりです。