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PHP 底层的运行机制和工作原理

2023-08-31 08:16

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PHP是一种适用于Web开发的动态语言,一个用C语言实现包含大量组件的软件框架。

更狭义点看,可以把它认为是一个强大的UI框架。

了解PHP底层实现的目的是什么?

动态语言要想用好,首先得了解它,内存管理、框架模型、垃圾回收GC等值得我们借鉴,通过扩展开发实现更多更强大的功能,优化我们程序的性能。

多进程模型

由于PHP是多进程模型,不同请求间互不干涉,这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响,

当然,随着时代发展,PHP也早已支持多线程模型

# ps -ef | grep php-fpmroot      1799     1  0  2020 ?        00:14:10 php-fpm: master process (/usr/local/php/etc/php-fpm.conf)www       4183  1799  0 Feb02 ?        00:00:02 php-fpm: pool wwwwww       4260  1799  0 Feb02 ?        00:00:02 php-fpm: pool wwwwww       5840  1799  0 Feb02 ?        00:00:01 php-fpm: pool wwwwww       5880  1799  0 Feb02 ?        00:00:01 php-fpm: pool wwwwww       6107  1799  0 Feb02 ?        00:00:01 php-fpm: pool wwwwww      32441  1799  0 Feb01 ?        00:00:04 php-fpm: pool wwwwww      32701  1799  0 Feb01 ?        00:00:04 php-fpm: pool wwwwww      32709  1799  0 Feb01 ?        00:00:04 php-fpm: pool www

弱类型语言

和 C/C++、Java、C#等语言不同,PHP是一门弱类型语言。

一个变量的类型并不是一开始就确定不变,运行中才会确定变量类型,并可能发生隐式或显式的类型转换,这种机制的灵活性在web开发中非常方便、高效。

引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。

中间层(sapi)隔绝 web server 和 PHP。

语法简单灵活,没有太多规范。

缺点:导致风格混杂,但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。

PHP 为什么没有多线程?

官文:https://www.php.net/manual/zh/intro.pthreads.php

1、PHP 与多线程

PHP的多线程,对于phper是一个较冷门的知识。

相信很多工作了很多年的程序员,没用过php多线程的大有人在。

所以可以认为php是单线程。

多线程示意图:
在这里插入图片描述

2、PHP是单线程,多进程模型

多线程有它的优点,

a.可以充分利用cpu,
b.调度的系统开销比进程小,
c.多线程共享内存空间,不需要额外的 IPC 通信。

但多线程可能会引入其他问题,如数据同步,资源竞争, 死锁等,处理不好容易出问题;

多进程也可以使用cpu多核,不一定非要多线程不可,PHP-FPM就是一个C实现的多进程FastCGI服务。对一个请求来说PHP是单线程的,但是多个请求间是并发的,像Apache, nginx 都是多线程处理用户请求的。

PHP中没有线程化,但是通过将HTTP请求用作异步调用可以进行并发编程。

当有很多用户 请求php时,是多个进程来处理用户请求的,瓶颈多数都是读写数据库,文件,session等这些会加锁的地方,而解决这些问题,业界都已经有了很成熟的方案。和php是不是多线程没有什么关系。

3、 php为什么选择多进程,而不是多线程

首先,定位不同,php不像 c++ , java ,定位计算密集场景,php就是为web开发而生的语言,更侧重开发效率。

web应用就是IO密集型的场景,数据库操作,文件读写,网络 IO,这些对于系统的进程调度,进程切换消耗时间都要大得多,所以phper在写代码的时候,没必要把精力放到性能上,而是功能的实现,虽然很多人说php不适合大型应用,应对高并发场景乏力,确实以前是有这样的问题,但是现在php在处理大数据,高并发都有了很成熟的解决方案。

那么问题来了,php有这样的缺陷 ,这样一门语言,我们如何取舍,还要不要用呢?

首先,php开发效率高,上手容易,保证一用你就会爱上它,如果结合其他性能较高的语言,可以扬长避短;

另外,php现在有了swoole 、workerman这些高性能的扩展,这些都是常驻内存的,性能很高,对性能要求高的场景可以用,对phper来说就是无缝接入完全没有门槛。

最后,对于大多数程序员来说,换个go java这些原生就支持多线程的语言,也不是什么难事。

4、场景

我和很多phper一样,如果问我,有什么场景,必须要php多线程来实现呢?

php也有多线程 pthreads 扩展,PHP 默认并不支持多线程,要使用多线程需要安装 pthread 扩展,而要安装 pthread 扩展,必须使用 –enable-maintainer-zts 参数重新编译 PHP,这个参数是指定编译 PHP 时使用线程安全方式。

如果有用过java之类语言的多线程,用起来php多线程也是信手拈来的事情。

在这里插入图片描述
从图上可以看出,PHP从上到下是一个4层体系:

1、上层应用

这就是我们平时编写的PHP程序,通过不同的 sapi 方式得到各种各样的应用模式,如通过webserver实现web应用、在命令行下以脚本方式运行等等。

如果PHP是一辆车,那么车的框架就是PHP本身,Zend是车的引擎(发动机),Ext下面的各种组件就是车的轮子,Sapi 可以看做是公路, 车可以跑在不同类型的公路上,而一次PHP程序的执行就是汽车跑在公路上。

因此,我们需要:性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。

2、Sapi

Sapi(Server Application Programming Interface,服务端应用编程接口)是通过一系列钩子函数,使得PHP可以和外围交互数据,这是PHP非常优雅和成功的一个设计,通过 sapi 成功的将PHP本身和上层应用解耦隔离,PHP可以不再考虑如何针对不同应用进行兼容,而应用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理方式。

3、Extensions(扩展)

围绕着 Zend 引擎,extensions 通过组件式的方式提供各种基础服务,我们常见的各种内置函数(如 array 系列)、标准库等都是通过 extension 来实现,用户也可以根据需要实现自己的extension以达到功能扩展、性能优化等目的(如贴吧正在使用的 PHP中间层、富文本解析就是extension的典型应用)。

4、Zend 引擎

Zend整体用纯C实现,是PHP的内核部分,它将 php代码翻译(词法、语法解析等一系列编译过程)为可执行opcode 的处理并实现相应的处理方法、实现了 基本的数据结构(如hashtable、OOP面向对象)、内存分配及管理、提供了相应的api方法供外部调用, 是一切的核心,所有的外围功能均围绕 Zend 实现。

如前所述,Sapi 通过通过一系列的接口,使得外部应用可以和PHP交换数据并可以根据不同应用特点实现特定的处理方法,我们常见的一些 sapi 有:

1)apache2handler

这是以 apache 作为 webserver,采用 mod_PHP 模式运行时候的处理方式,也是现在应用最广泛的一种。

2)CGI(Common Gateway Interface,公共网关接口)

这是webserver和PHP直接的另一种交互方式,也就是大名鼎鼎的 fastcgi 协议,在最近今年 fastcgi+PHP(PHP-FPM)得到越来越多的应用,也是异步webserver所唯一支持的方式。

典型应用nginx服务器,fastcgi 说白点就是 php的一个扩展。

在这里插入图片描述

3)CLI:命令行调用的应用模式

CLI(Ccommand-Line Interface,命令行界面)是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面,它通常不支持鼠标,用户通过键盘输入指令,计算机接收到指令后,予以执行。

也有人称之为字符用户界面(CUI)。

通常认为,命令行界面(CLI)没有图形用户界面(GUI)那么方便用户操作。因为,命令行界面的软件通常需要用户记忆操作的命令,但是,由于其本身的特点,命令行界面要较图形用户界面节约计算机系统的资源。

在熟记命令的前提下,使用命令行界面往往要较使用图形用户界面的操作速度要快。所以,图形用户界面的操作系统中,都保留着可选的命令行界面。

我们先来看看PHP代码的执行所经过的流程。

在这里插入图片描述
从图上可以看到,PHP实现了一个典型的动态语言执行过程: 拿到一段代码后,经过词法解析、语法解析等阶段后,源程序会被翻译成一个个指令 (opcodes),然后ZEND虚拟机顺次执行这些指令完成操作。

PHP本身是用C实现的,因此最终调用的也都是C的函数,实际上,我们可以把PHP看做是一个C开发的软件。

PHP的执行的核心是翻译出来的一条一条指令,也即是Opcode 是PHP程序执行的最基本单位。

一个 opcode 由两个参数(op1,op2)、返回值和处理函数组成。

PHP程序最终被翻译为一组opcode处理函数的顺序执行。

来源地址:https://blog.csdn.net/weiguang102/article/details/127920298

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