PHP执行原理

PHP执行原理

php是一门应用很是简单，开发效率极高的一门语言，其弱类型的变量能省去程序员大量的定义变量、类型转换等的时间和精力。它是一种适用于web开发的动态语言。

1. php设计的原理和特色

• 多进程模型：这样能作到进程间互相不受影响，对于进程的资源利用更快速、便捷

• 弱类型语言：和强类型语言C、C++、java等语言不一样，php中变量的类型并非一开始就肯定的，他是在运行时才肯定的，能够隐式或显式的对其进行类型转换，这就使其在开发中很是的灵活，程序员无需关注变量类型的问题

• Zend引擎+ 组件（ext）的模式下降内部的耦合

• 中间层（sapi）隔绝web server 和php

• 语法简单灵活，规范少。这一点就有利有弊了。。。

2. php的四层体系

php从上到下一共四层体系：

• Zend引擎：Zend总体用C实现，是php的内核部分，它将php的代码翻译成可执行的opcode的，处理并实现相应的处理方法（原理：鸟哥的博客）、实现了基本的数据结构、内存分配及管理、提供了相应api方法供外部使用，是一切的核心。

• Extensions：围绕着Zend引擎，extensions经过组件的方式提供各类基础服务，经常使用的内置函数array、标准库等都是经过extension来实现的，用户也能够根据须要实现本身的extension以达到功能扩展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）。

• Sapi：Sapi全称Server Application Programing Interface， 也就是服务端应用编程接口，Sapi经过一些列钩子函数，使php能够和外围交互数据，这是PHP很是优雅和成功的一个设计，经过 sapi成功的将PHP自己和上层应用解耦隔离，PHP能够再也不考虑如何针对不一样应用进行兼容，而应用自己也能够针对本身的特色实现不一样的处理方式。

• 上层应用：这就是程序员编写的应用程序，经过不一样的sapi方式获得各类各样的应用模式，如经过webserver实现web应用，在命令行下以脚本的方式运行等等

3. Sapi

如前所属，Sapi经过一些列的接口，使外部应用能够和php交换数据并能够根据不一样的应用特色实现特定的处理方法，常见的sapi有：

• apache2handler：以apache做为webserver，采用MOD_PHP模式运行时候的处理方式，也是如今应用最普遍的一种

• cgi：这是webserver和php的另一种交互方式，也就是fastcgi协议

• cli：命令调试应用模式

4. php代码的执行流程

从图中能够看出，php经过Zend引擎实现了一个典型的动态语言的执行过程：获取一段代码片断，通过词法解析、语法解析等阶段，源程序被翻译成一个个指令（opcodes），而后Zend虚拟机顺序执行这些指令。PHP自己是用C语言实现的，所以最终调用的也是C语言的函数。

PHP的执行的核心是翻译出来的一条一条指令，也即opcode

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。

经常使用的几个函数：

• END_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配 （ a=b)

• ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函数调用

• ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 a.b

• ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算a+2

• ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 a==1

• ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 a===1

5. Zend引擎介绍

Zend引擎做为php的内核，主要的设计机制有：

5.1 实现HashTable数据结构

HashTable是Zend的核心数据结构，在php里面几乎用来实现全部功能，php的数据array()就是典型的应用。此外在Zend内部，如函数符号表、全景变量都是经过HashTable来实现的。

Zend hash table 实现了典型的hash表散列结构，同时经过附加一个双向链表，提供了正向、反向、遍历数组的功能，结构如图：

能够看到，在hash table中既有key->value形式的散列结构，也有双向链表模式，使得它可以很是方便的支持快速查找和线性遍历。 
散列结构：Zend的散列结构是典型的hash表模型，经过链表的方式来解决冲突。须要注意的是zend的hash table是一个自增加的数据结构，当hash表数目满了以后，其自己会动态以2倍的方式扩容并从新元素位置。初始大小均为8。另外，在进行 key->value快速查找时候，zend自己还作了一些优化，经过空间换时间的方式加快速度。好比在每一个元素中都会用一个变量 nKeyLength标识key的长度以做快速断定。 
双向链表：Zend hash table经过一个链表结构，实现了元素的线性遍历。理论上，作遍历使用单向链表就够了，之因此使用双向链表，主要目的是为了快速删除，避免遍历。 Zend hash table是一种复合型的结构，做为数组使用时，即支持常见的关联数组也可以做为顺序索引数字来使用，甚至容许2者的混合。 
PHP关联数组：关联数组是典型的hash_table应用。一次查询过程通过以下几步（从代码能够看出，这是一个常见的hash查询过程并增长一些快速断定加速查找）：

01  getKeyHashValue h;
02  index = n & nTableMask;
03  Bucket *p = arBucket[index];
04  while (p) {
05      if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
06          RETURN p->data;   
07      }
08      p=p->next;
09  }
10  RETURN FALTURE;

PHP索引数组：索引数组就是咱们常见的数组，经过下标访问。例如 arr[0]，Zend HashTable内部进行了归一化处理，对于index类型key一样分配了hash值和nKeyLength(为0)。内部成员变量 nNextFreeElement就是当前分配到的最大id，每次push后自动加一。正是这种归一化处理，PHP才可以实现关联和非关联的混合。因为 push操做的特殊性，索引key在PHP数组中前后顺序并非经过下标大小来决定，而是由push的前后决定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;对于double类型的key，Zend HashTable会将他当作索引key处理

5.2 PHP变量的实现原理

PHP是一门弱类型语言，不严格区分变量的类型。PHP的变量能够分为简单类型（int、sting、bool）、集合类型(array, resource, object) 和常量(const)，全部的变量在底层都因此同一种结构zval

zval是zend中很是重要的数据结构，用来标示并实现php的变量，其数据结构以下：

struct _zval_struct {
    zvalue_value value;     /* value */
    zend_uint refcount__gc;  /* variable ref count */
    zend_uchar type;          /* active type */
    zend_uchar is_ref__gc;    /* if it is a ref variable */
};
typedef struct _zval_struct zval;

其中，

• zval_value value是变量的实际值，具体来讲是一个zvalue_value联合体：

typedef union _zvalue_value {
    long lval;                  /* long value */
    double dval;                /* double value */
    struct {                    /* string */
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;              /* hash table value,used for array */
    zend_object_value obj;      /* object */
} zvalue_value;

• zend_uint refcount__gc是一个计数器，用来保存多少变量（或者符号，symbols ）指向了该zval。在变量生成时，其refcount=1，典型的赋值操做如$a = $b会令zval的refcount加1，而unset操做会相应的减1。在PHP5.3以前，使用引用计数的机制来实现GC，若是一个zval的refcount较少到0，那么Zend引擎会认为没有任何变量指向该zval，所以会释放该zval所占的内存空间。但，事情有时并不会那么简单。后面咱们会看到，单纯的引用计数机制没法GC掉循环引用的zval，即便指向该zval的变量已经被unset，从而致使了内存泄露（Memory Leak）。

• zend_uchar type该字段用于代表变量的实际类型。PHP中的变量包括四种标量类型（bool,int,float,string），两种复合类型（array, object）和两种特殊的类型（resource 和NULL）。在zend内部，这些类型对应于下面的宏（代码位置 phpsrc/Zend/zend.h）

#define IS_NULL     0
#define IS_LONG     1
#define IS_DOUBLE   2
#define IS_BOOL     3
#define IS_ARRAY    4
#define IS_OBJECT   5
#define IS_STRING   6
#define IS_RESOURCE 7
#define IS_CONSTANT 8
#define IS_CONSTANT_ARRAY   9
#define IS_CALLABLE 10

• is_ref__gc这个字段用于标记变量是不是引用变量。对于普通的变量，该值为0，而对于引用型的变量，该值为1。这个变量会影响zval的共享、分离等

5.2.1 整数、浮点数变量

整数、浮点数是PHP中的基础类型之一，也是一个简单型变量。对于整数和浮点数，在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。 
从zvalue结构中能够看出，对于整数类型，和c等强类型语言不一样，PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的，对它来讲，整数只有一种类型也就是long。由此，能够看出，在PHP里面，整数的取值范围是由编译器位数来决定而不是固定不变的。在php中若是整数越界了会发生什么？php会自动给整数转换成浮点数类型

对于浮点数，相似整数，它也不区分float和double而是统一只有double一种类型

5.2.2 字符变量

和整数同样，字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。经过zvalue结构能够看出，在PHP中，字符串是由由指向实际数据的指针和长度结 构体组成，这点和c++中的string比较相似。因为经过一个实际变量表示长度，和c不一样，它的字符串能够是2进制数据（包含0），同时在PHP中， 求字符串长度strlen是O(1)操做

常见的字符串拼接方式及速度比较：

假设有以下4个变量：strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456; 
如今对以下的几种字符串拼接方式作一个比较和说明： 
1 res = strA.strB和res = “strAstrB” 
这种状况下，zend会从新malloc一块内存并进行相应处理，其速度通常。 
2 strA = strA.strB 
这种是速度最快的，zend会在当前strA基础上直接relloc，避免重复拷贝 
3 res = intA.intB 
这种速度较慢，由于须要作隐式的格式转换，实际编写程序中也应该注意尽可能避免 
4 strA = sprintf (“%s%s”,strA，strB); 
这会是最慢的一种方式，由于sprintf在PHP中并非一个语言结构，自己对于格式识别和处理就须要耗费比较多时间，另外自己机制也是malloc。不过sprintf的方式最具可读性，实际中能够根据具体状况灵活选择。

5.2.3 数组变量

PHP的数组是经过Zend Hash Table来自然实现。

foreach操做如何实现？对一个数组的foreach就是经过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组，经过foreach遍 历效率比for高不少，省去了key->value的查找。count操做直接调用 HashTable->NumOfElements，O(1)操做。对于’123’这样的字符串，zend会转换为其整数形 式。arr[‘123’]和arr[123]

5.3 PHP变量管理-引用计数和写时拷贝

引用计数在内存回收、字符串操做等地方使用很是普遍。Zval的引用计数经过成员变量is_ref和ref_count实现，经过引用计数，多个变量能够共享同一份数据。避免频繁拷贝带来的大量消耗。在进行赋值操做时，zend将变量指向相同的zval同时ref_count++，在unset操做时，对应的ref_count-1。只有ref_count减为0时才会真正执行销毁操做。若是是引用赋值，则zend会修改is_ref为1。

PHP变量经过引用计数实现变量共享数据，那若是改变其中一个变量值呢？当试图写入一个变量时，Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享，则为其复制一份ref_count为1的zval，并递减原zval的refcount，这个过程称为“zval分离”。可见，只有在有写操做发生时 zend才进行拷贝操做，所以也叫copy-on-write(写时拷贝)

对于引用型变量，其要求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修改一个变量就修改了全部捆绑变量。

5.4 PHP局部变量和全局变量的实现：

PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的？对于一个请求，任意时刻PHP均可以看到两个符号表(symbol_table和 active_symbol_table)，其中前者用来维护全局变量。后者是一个指针，指向当前活动的变量符号表，当程序进入到某个函数中时，zend 就会为它分配一个符号表x同时将active_symbol_table指向a。经过这样的方式实现全局、局部变量的区分。

获取变量值：PHP的符号表是经过hash_table实现的，对于每一个变量都分配惟一标识，获取的时候根据标识从表中找到相应zval返回。

函数中使用全局变量：在函数中，咱们能够经过显式申明global来使用全局变量。在active_symbol_table中建立symbol_table中同名变量的引用（引用变量的值要更新你们会一块儿更新），若是symbol_table中没有同名变量则会先建立。

参考：

• http://blog.csdn.net/lili0710432/article/details/47816365

• http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html

• [http://blog.csdn.net/ohmygirl...