PHP Socket初探---先从一个简单的socket服务器开始

socket的中文名字叫作套接字，这种东西就是对TCP/IP的“封装”。现实中的网络实际上只有四层而已，从上至下分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层。最经常使用的http协议则是属于应用层的协议，而socket，能够简单粗暴的理解为是传输层的一种东西。若是仍是很难理解，那再粗暴地点儿tcp://218.221.11.23:9999，看到没？这就是一个tcp socket。

socket赋予了咱们操控传输层和网络层的能力，从而获得更强的性能和更高的效率，socket编程是解决高并发网络服务器的最经常使用解决和成熟的解决方案。任何一名服务器程序员都应当掌握socket编程相关技能。

在php中，能够操控socket的函数一共有两套，一套是socket_*系列的函数，另外一套是stream_*系列的函数。socket_*是php直接将C语言中的socket抄了过来获得的实现，而stream_*系则是php使用流的概念将其进行了一层封装。下面用socket_*系函数简单为这一系列文章开个篇。

先来作个最简单socket服务器：

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一个tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 将socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 开始监听socket
socket_listen( $listen_socket );
// 进入while循环，不用担忧死循环死机，由于程序将会阻塞在下面的socket_accept()函数上
while( true ){
  // 此处将会阻塞住，一直到有客户端来链接服务器。阻塞状态的进程是不会占据CPU的
  /*
   之因此不会占据CPU,由于CPU运算的时候,相似有个指挥官的家伙会调度,进程切换,简称调度,它只会指挥准备开始打战和正在打战的人,而正在休息军人(阻塞中)不须要命令他们打战,这样也符合常理了
  你也能够看到下图,调度只在运行和就绪之间的,因此cpu不会傻傻等正在休息的士兵起来了,在再指挥
  */
  // 因此你不用担忧while循环会将机器拖垮，不会的 
  $connection_socket = socket_accept( $listen_socket );
  // 向客户端发送一个helloworld
  $msg = "helloworld\r\n";
  socket_write( $connection_socket, $msg, strlen( $msg ) );
  socket_close( $connection_socket );
}
socket_close( $listen_socket );

将文件保存为server.php，而后执行php server.php运行起来。客户端咱们使用telnet就能够了，打开另一个终端执行telnet 127.0.0.1 9999按下回车便可。运行结果以下：

简单解析一下上述代码来讲明一下tcp socket服务器的流程：

• 1.首先，根据协议族（或地址族）、套接字类型以及具体的的某个协议来建立一个socket。
• 2.第二，将上一步建立好的socket绑定（bind）到一个ip:port上。
• 3.第三，开启监听listen。
• 4.第四，使服务器代码进入无限循环不退出，当没有客户端链接时，程序阻塞在accept上，有链接进来时才会往下执行，而后再次循环下去，为客户端提供持久服务。

上面这个案例中，有两个很大的缺陷：

• 1.一次只能够为一个客户端提供服务，若是正在为第一个客户端发送helloworld期间有第二个客户端来链接，那么第二个客户端就必需要等待片刻才行。
• 2.很容易受到攻击，形成拒绝服务。

分析了上述问题后，又联想到了前面说的多进程，那咱们能够在accpet到一个请求后就fork一个子进程来处理这个客户端的请求，这样当accept了第二个客户端后再fork一个子进程来处理第二个客户端的请求，这样问题不就解决了吗？OK！撸一把代码演示一下：

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一个tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 将socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 开始监听socket
socket_listen( $listen_socket );
// 进入while循环，不用担忧死循环死机，由于程序将会阻塞在下面的socket_accept()函数上
while( true ){
  // 此处将会阻塞住，一直到有客户端来链接服务器。阻塞状态的进程是不会占据CPU的
  // 因此你不用担忧while循环会将机器拖垮，不会的 
  $connection_socket = socket_accept( $listen_socket );
  // 当accept了新的客户端链接后，就fork出一个子进程专门处理
  $pid = pcntl_fork();
  // 在子进程中处理当前链接的请求业务
  if( 0 == $pid ){
    // 向客户端发送一个helloworld
    $msg = "helloworld\r\n";
    socket_write( $connection_socket, $msg, strlen( $msg ) );
	// 休眠5秒钟，能够用来观察时候能够同时为多个客户端提供服务
	echo time().' : a new client'.PHP_EOL;
	sleep( 5 );
    socket_close( $connection_socket );
	exit;
  }
}
socket_close( $listen_socket );

将代码保存为server.php，而后执行php server.php，客户端依然使用telnet 127.0.0.1 9999，只不过此次咱们开启两个终端来执行telnet。重点观察当第一个客户端链接上去后，第二个客户端时候也能够链接上去。运行结果以下：

经过接受到客户端请求的时间戳能够看到如今服务器能够同时为N个客户端服务的。可是，接着想，若是前后有1万个客户端来请求呢？这个时候服务器会fork出1万个子进程来处理每一个客户端链接，这是会死人的。fork自己就是一个很浪费系统资源的系统调用，1W次fork足以让系统崩溃，即使当下系统承受住了1W次fork，那么fork出来的这1W个子进程也够系统内存喝一壶了，最后是好不容易费劲fork出来的子进程在处理完毕当前客户端后又被关闭了，下次请求还要从新fork，这自己就是一种浪费，不符合社会主义主流价值观。若是是有人恶意攻击，那么系统fork的数量还会呈直线上涨一直到系统崩溃。

因此，咱们就再次提出增进型解决方案。咱们能够预估一下业务量，而后在服务启动的时候就fork出固定数量的子进程，每一个子进程处于无限循环中并阻塞在accept上，当有客户端链接挤进来就处理客户请求，当处理完成后仅仅关闭链接但自己并不销毁，而是继续等待下一个客户端的请求。这样，不只避免了进程反复fork销毁巨大资源浪费，并且经过固定数量的子进程来保护系统不会因无限fork而崩溃。

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一个tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 将socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 开始监听socket
socket_listen( $listen_socket );
// 给主进程换个名字
cli_set_process_title( 'phpserver master process' );
// 按照数量fork出固定个数子进程
for( $i = 1; $i <= 10; $i++ ){
  $pid = pcntl_fork();
  if( 0 == $pid ){
    cli_set_process_title( 'phpserver worker process' );
    while( true ){
	  $conn_socket = socket_accept( $listen_socket );
	  $msg = "helloworld\r\n";
	  socket_write( $conn_socket, $msg, strlen( $msg ) );
	  socket_close( $conn_socket );
	}
  }
}
// 主进程不能够退出，代码演示比较粗暴，为了避免保证退出直接走while循环，休眠一秒钟
// 实际上，主进程真正该作的应该是收集子进程pid，监控各个子进程的状态等等
while( true ){
  sleep( 1 );
}
socket_close( $connection_socket );

将文件保存为server.php后php server.php执行，而后再用ps -ef | grep phpserver | grep -v grep来看下服务器进程状态：

能够看到master进程存在，除此以外还有10个子进程处于等待服务状态，再同一个时刻能够同时为10个客户端提供服务。咱们经过telnet 127.0.0.1 9999来尝试一下，运行结果以下图：

好啦，php新的征程系列就先经过一个简单的入门开始啦！下篇将会讲述一些比较深入的理论基础知识。