PHP底層的運行機制與原理

1、PHP底層的運行機制與原理PHP是一種適用于 web開發(fā)的動態(tài)語言。具體點說，就是一個用 C語言實現(xiàn)包含大量組件的軟件框架。 更狹義點看，可以把它認為是一個強大的 UI 框架。了解 PHP底層實現(xiàn)的目的是什么 ?動態(tài)語言要像用好首先得了解它，內(nèi)存管理、 框架模型值得我們借鑒，通過擴展開發(fā)實現(xiàn)更多更強大的功能，優(yōu)化我們程序的性能。1.PHP 的設(shè)計理念及特點多進程模型：由于 PHP是多進程模型，不同請求間互不干涉，這樣保證了一個請求掛掉不會對全盤服務造成影響， 當然，隨著時代發(fā)展， PHP也早已支持多線程模型。弱類型語言：和 C/C+、Java、C#等語言不同， PHP是一門弱類型語言。一個變量

2、的類型并不是一開始就確定不變， 運行中才會確定并可能發(fā)生隱式或顯式的類型轉(zhuǎn)換， 這種機制的靈活性在 web開發(fā)中非常方便、高效，具體會在后面 PHP變量中詳述。引擎 (Zend)+ 組件 (ext) 的模式降低內(nèi)部耦合。中間層 (sapi) 隔絕 webserver 和 PHP。語法簡單靈活，沒有太多規(guī)范。缺點導致風格混雜，但再差的程序員也不會寫出太離譜危害全局的程序。2.PHP的四層體系PHP的核心架構(gòu)如下圖：從圖上可以看出， PHP從下到上是一個4 層體系：Zend引擎： Zend 整體用純 C實現(xiàn)，是 PHP的內(nèi)核部分，它將PHP代碼翻譯 ( 詞法、語法解析等一系列編譯過程) 為可執(zhí)行

3、opcode的處理并實現(xiàn)相應的處理方法、 實現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ( 如 hashtable 、oo) 、內(nèi)存分配及管理、提供了相應的 api 方法供外部調(diào)用，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞 Zend 實現(xiàn)。Extensions：圍繞著 Zend 引擎， extensions通過組件式的方式提供各種基礎(chǔ)服務， 我們常見的各種內(nèi)置函數(shù)( 如 array 系列 ) 、標準庫等都是通過extension來實現(xiàn)，用戶也可以根據(jù)需要實現(xiàn)自己的extension以達到功能擴展、性能優(yōu)化等目的 ( 如貼吧正在使用的PHP中間層、富文本解析就是extension的典型應用 ) 。Sapi：Sapi 全稱是

4、ServerApplicationProgrammingInterface，也就是服務端應用編程接口，Sapi 通過一系列鉤子函數(shù)，使得PHP可以和外圍交互數(shù)據(jù)，這是 PHP非常優(yōu)雅和成功的一個設(shè)計，通過 sapi 成功的將 PHP本身和上層應用解耦隔離， PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行兼容， 而應用本身也可以針對自己的特點實現(xiàn)不同的處理方式。上層應用：這就是我們平時編寫的 PHP程序，通過不同的 sapi 方式得到各種各樣的應用模式， 如通過 webserver 實現(xiàn) web應用、在命令行下以腳本方式運行等等。如果 PHP是一輛車，那么車的框架就是 PHP本身， Zend 是車的引擎

5、 ( 發(fā)動機 ) ，Ext 下面的各種組件就是車的輪子， Sapi 可以看做是公路，車可以跑在不同類型的公路上， 而一次 PHP程序的執(zhí)行就是汽車跑在公路上。因此，我們需要：性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪 +正確的跑道。3.Sapi如前所述， Sapi 通過通過一系列的接口，使得外部應用可以和PHP交換數(shù)據(jù)并可以根據(jù)不同應用特點實現(xiàn)特定的處理方法。我們常見的一些sapi 有：apache2handler：這是以 apache 作為 webserver ，采用 mod_PHP模式運行時候的處理方式，也是現(xiàn)在應用最廣泛的一種。cgi：這是 webserver 和 PHP直接的另一種交互方式， 也就是大

6、名鼎鼎的 fastcgi協(xié)議，在最近今年 fastcgi+PHP 得到越來越多的應用，也是異步 webserver 所唯一支持的方式。cli：命令行調(diào)用的應用模式。4.PHP的執(zhí)行流程 &opcode我們先來看看 PHP代碼的執(zhí)行所經(jīng)過的流程。從圖上可以看到， PHP實現(xiàn)了一個典型的動態(tài)語言執(zhí)行過程：拿到一段代碼后，經(jīng)過詞法解析、語法解析等階段后，源程序會被翻譯成一個個指令 (opcodes) ，然后 ZEND虛擬機順次執(zhí)行這些指令完成操作。 PHP本身是用 C實現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是C的函數(shù)，實際上，我們可以把PHP看做是一個 C開發(fā)的軟件。PHP的執(zhí)行的核心是翻譯出來的一條一條

7、指令，也即opcode。Opcode 是 PHP程序執(zhí)行的最基本單位。一個 opcode 由兩個參數(shù)(op1,op2) 、返回值和處理函數(shù)組成。 PHP程序最終被翻譯為一組 opcode 處理函數(shù)的順序執(zhí)行。常見的幾個處理函數(shù)：ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER:變量分配($a=$b)ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函數(shù)調(diào)用ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接$a.$bZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER:加法運算$a+2ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CON

8、ST：判斷相等$a=1ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 $a=15.HashTable核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)HashTable是 zend 的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在PHP里面幾乎并用來實現(xiàn)所有常見功能，我們知道的PHP數(shù)組即是其典型應用，此外，在zend 內(nèi)部，如函數(shù)符號表、全局變量等也都是基于hashtable來實現(xiàn)。PHP的 hashtable具有如下特點：支持典型的 key->value查詢可以當做數(shù)組使用添加、刪除節(jié)點是O(1) 復雜度key支持混合類型：同時存在關(guān)聯(lián)數(shù)組合索引數(shù)組Value支持混合類型： array( “string”,2332)支持線性

9、遍歷：如foreachZendhashtable實現(xiàn)了典型的 hash 表散列結(jié)構(gòu)，同時通過附加一個雙向鏈表，提供了正向、反向遍歷數(shù)組的功能。其結(jié)構(gòu)如下圖：可以看到，在 hashtable中既有 key->value形式的散列結(jié)構(gòu)，也有雙向鏈表模式， 使得它能夠非常方便的支持快速查找和線性遍歷。散列結(jié)構(gòu)： Zend 的散列結(jié)構(gòu)是典型的hash 表模型，通過鏈表的方式來解決沖突。需要注意的是zend 的 hashtable是一個自增長的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當 hash 表數(shù)目滿了之后，其本身會動態(tài)以 2 倍的方式擴容并重新元素位置。初始大小均為 8。另外，在進行 key->value 快速查找

10、時候， zend 本身還做了一些優(yōu)化，通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變量 nKeyLength 標識 key的長度以作快速判定。雙向鏈表： Zendhashtable 通過一個鏈表結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了元素的線性遍歷。理論上，做遍歷使用單向鏈表就夠了，之所以使用雙向鏈表，主要目的是為了快速刪除，避免遍歷。Zendhashtable 是一種復合型的結(jié)構(gòu)，作為數(shù)組使用時， 即支持常見的關(guān)聯(lián)數(shù)組也能夠作為順序索引數(shù)字來使用，甚至允許2 者的混合。PHP 關(guān)聯(lián)數(shù)組：關(guān)聯(lián)數(shù)組是典型的 hash_table 應用。一次查詢過程經(jīng)過如下幾步 ( 從代碼可以看出，這是一個常見的 hash 查詢

11、過程并增加一些快速判定加速查找。 ) ：getKeyHashValueh;index=n&nTableMask;Bucket*p=arBucketindex6.PHP;while(p)if(p->h=h)&(p->nKeyLength=nKeyLength)RETURNp->data;p=p->next;RETURNFALTURE;PHP索引數(shù)組：索引數(shù)組就是我們常見的數(shù)組， 通過下標訪問。例如 $arr0 ，ZendHashTable 內(nèi)部進行了歸一化處理，對于 index 類型 key 同樣分配了 hash 值和 nKeyLength( 為 0) 。內(nèi)部成員變量 nNextFreeElement 就是當前分配到的最大 id ，每次 push 后自動加一。正是這種歸一化處理，PHP才能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)的混合。由于push 操作的特殊性，索引key 在 PHP數(shù)組中先后順序并不是通過下標大小來決定，而是由 push 的先后決定。例如 $arr1=2;$arr2=3;對于 double 類型的 key，ZendHashTable 會將他當做索引key 處理變量PHP 是一門弱類型語言， 本