PHP实现系统编程（一） --- 网络Socket及IO多路复用【网摘】

时间  2019-11-16
标签 php 实现 系统 编程 网络 socket 多路 网摘 栏目 PHP 繁體版
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一直以来，PHP不多用于socket编程，毕竟是一门脚本语言，效率会成为很大的瓶颈，可是不能说PHP就没法用于socket编程，也不能说PHP的socket编程性能就有多么的低，例如知名的一款PHP socket框架 workerman 就是用纯PHP开发，而且号称拥有优秀的性能，因此在某些环境下，PHP socket编程或许也可一展身手。php

PHP提供了一系列相似C语言socket库中的方法供咱们调用：html

 

[php]  view plain  copy
 
  1. socket_accept — Accepts a connection on a socket  
  2. socket_bind — 给套接字绑定名字  
  3. socket_clear_error — 清除套接字或者最后的错误代码上的错误  
  4. socket_close — 关闭套接字资源  
  5. socket_cmsg_space — Calculate message buffer size  
  6. socket_connect — 开启一个套接字链接  
  7. socket_create_listen — Opens a socket on port to accept connections  
  8. socket_create_pair — Creates a pair of indistinguishable sockets and stores them in an array  
  9. socket_create — 建立一个套接字（通信节点）  
  10. socket_get_option — Gets socket options for the socket  
  11. socket_getopt — 别名 socket_get_option  
  12. socket_getpeername — Queries the remote side of the given socket which may either result in host/port or in a Unix filesystem path, dependent on its type  
  13. socket_getsockname — Queries the local side of the given socket which may either result in host/port or in a Unix filesystem path, dependent on its type  
  14. socket_import_stream — Import a stream  
  15. socket_last_error — Returns the last error on the socket  
  16. socket_listen — Listens for a connection on a socket  
  17. socket_read — Reads a maximum of length bytes from a socket  
  18. socket_recv — 从已链接的socket接收数据  
  19. socket_recvfrom — Receives data from a socket whether or not it is connection-oriented  
  20. socket_recvmsg — Read a message  
  21. socket_select — Runs the select() system call on the given arrays of sockets with a specified timeout  
  22. socket_send — Sends data to a connected socket  
  23. socket_sendmsg — Send a message  
  24. socket_sendto — Sends a message to a socket, whether it is connected or not  
  25. socket_set_block — Sets blocking mode on a socket resource  
  26. socket_set_nonblock — Sets nonblocking mode for file descriptor fd  
  27. socket_set_option — Sets socket options for the socket  
  28. socket_setopt — 别名 socket_set_option  
  29. socket_shutdown — Shuts down a socket for receiving, sending, or both  
  30. socket_strerror — Return a string describing a socket error  
  31. socket_write — Write to a socket  

 

更多细节请查看PHP关于socket的官方手册：http://php.net/manual/zh/book.sockets.phplinux

 

一个简单的TCP服务器示例 phptcpserver.php ：编程

 

[php]  view plain  copy
 
  1. <?php  
  2.   
  3. $servsock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);  // 建立一个socket  
  4.   
  5. if (FALSE === $servsock)  
  6. {  
  7.     $errcode = socket_last_error();  
  8.     fwrite(STDERR, "socket create fail: " . socket_strerror($errcode));  
  9.     exit(-1);  
  10. }  
  11.   
  12. if (!socket_bind($servsock, '127.0.0.1', 8888))    // 绑定ip地址及端口  
  13. {  
  14.     $errcode = socket_last_error();  
  15.     fwrite(STDERR, "socket bind fail: " . socket_strerror($errcode));  
  16.     exit(-1);  
  17. }  
  18.   
  19. if (!socket_listen($servsock, 128))      // 容许多少个客户端来排队链接  
  20. {  
  21.     $errcode = socket_last_error();  
  22.     fwrite(STDERR, "socket listen fail: " . socket_strerror($errcode));  
  23.     exit(-1);  
  24. }  
  25.   
  26. while (1)  
  27. {  
  28.     $connsock = socket_accept($servsock);  //响应客户端链接  
  29.   
  30.     if ($connsock)  
  31.     {  
  32.         socket_getpeername($connsock, $addr, $port);  //获取链接过来的客户端ip地址和端口  
  33.         echo "client connect server: ip = $addr, port = $port" . PHP_EOL;  
  34.   
  35.         while (1)  
  36.         {  
  37.             $data = socket_read($connsock, 1024);  //从客户端读取数据  
  38.   
  39.             if ($data === '')  
  40.             {  
  41.                 //客户端关闭  
  42.                 socket_close($connsock);  
  43.                 echo "client close" . PHP_EOL;  
  44.                 break;  
  45.             }  
  46.             else  
  47.             {  
  48.                 echo 'read from client:' . $data;  
  49.                 $data = strtoupper($data);  //小写转大写  
  50.                 socket_write($connsock, $data);  //回写给客户端  
  51.             }  
  52.         }  
  53.     }  
  54. }  
  55.   
  56. socket_close($servsock);  


启动这个服务器：数组

 

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. [root@localhost php]# php phptcpserver.php   


以后这个服务器就一直阻塞在那里，等待客户端链接，咱们能够用telnet命令来链接这个服务器：服务器

 

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. [root@localhost ~]# telnet 127.0.0.1 8888  
  2. Trying 127.0.0.1...  
  3. Connected to 127.0.0.1.  
  4. Escape character is '^]'.  
  5. ajdjajksdjkaasda  
  6. AJDJAJKSDJKAASDA  
  7. 小明哈哈哈哈笑  
  8. 小明哈哈哈哈笑  
  9. 小明efsfsdfsdf了哈哈哈  
  10. 小明EFSFSDFSDF了哈哈哈  


服务器端输出：并发

 

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. [root@localhost php]# php phptcpserver.php   
  2. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50398  
  3. read from client:ajdjajksdjkaasda  
  4. read from client:小明哈哈哈哈笑  
  5. read from client:小明efsfsdfsdf了哈哈哈  


但其实这个TCP服务器是有问题的，它一次只能处理一个客户端的链接和数据传输，这是由于一个客户端链接过来后，进程就去负责读写客户端数据，当客户端没有传输数据时，tcp服务器处于阻塞读状态，没法再去处理其余客户端的链接请求了。app

 

解决这个问题的一种办法就是采用多进程服务器，每当一个客户端链接过来，服务器开一个子进程专门负责和该客户端的数据传输，而父进程仍然监听客户端的链接，可是起进程的代价是昂贵的，这种多进程的机制显然支撑不了高并发。框架

另外一个解决办法是使用IO多路复用机制，使用php为咱们提供的socket_select方法，它能够监听多个socket，若是其中某个socket状态发生了改变，好比从不可写变为可写，从不可读变为可读，这个方法就会返回，从而咱们就能够去处理这个socket，处理客户端的链接，读写操做等等。来看php文档中对该socket_select的介绍ssh

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. socket_select — Runs the select() system call on the given arrays of sockets with a specified timeout  
  2.   
  3. 说明  
  4.   
  5. int socket_select ( array &$read , array &$write , array &$except , int $tv_sec [, int $tv_usec = 0 ] )  
  6.   
  7. socket_select() accepts arrays of sockets and waits for them to change status.   
  8. Those coming with BSD sockets background will recognize that those socket resource arrays are in fact the so-called file descriptor sets.  
  9.  Three independent arrays of socket resources are watched.  
  10.   
  11. You do not need to pass every array to socket_select(). You can leave it out and use an empty array or NULL instead.  
  12.  Also do not forget that those arrays are passed by reference and will be modified after socket_select() returns.  
  13.   
  14. 返回值  
  15.   
  16. On success socket_select() returns the number of socket resources contained in the modified arrays,   
  17. which may be zero if the timeout expires before anything interesting happens.  
  18.  On error FALSE is returned. The error code can be retrieved with socket_last_error().  

 

大体翻译下：

socket_select  ---  在给定的几组sockets数组上执行 select() 系统调用，用一个特定的超时时间。

socket_select() 接受几组sockets数组做为参数，并监听它们改变状态

这些基于BSD scokets 可以识别这些socket资源数组实际上就是文件描述符集合。

三个不一样的socket资源数组会被同时监听。

这三个资源数组不是必传的， 你能够用一个空数组或者NULL做为参数，不要忘记这三个数组是以引用的方式传递的，在函数返回后，这些数组的值会被改变。

socket_select() 调用成功返回这三个数组中状态改变的socket总数，若是设置了timeout，而且在timeout以内都没有状态改变，这个函数将返回0，出错时返回FALSE，能够用socket_last_error() 获取错误码。

 

 

使用 socket_select() 优化以前 phptcpserver.php 代码：

 

[php]  view plain  copy
 
  1. <?php  
  2.   
  3. $servsock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);  // 建立一个socket  
  4.   
  5. if (FALSE === $servsock)  
  6. {  
  7.     $errcode = socket_last_error();  
  8.     fwrite(STDERR, "socket create fail: " . socket_strerror($errcode));  
  9.     exit(-1);  
  10. }  
  11.   
  12. if (!socket_bind($servsock, '127.0.0.1', 8888))    // 绑定ip地址及端口  
  13. {  
  14.     $errcode = socket_last_error();  
  15.     fwrite(STDERR, "socket bind fail: " . socket_strerror($errcode));  
  16.     exit(-1);  
  17. }  
  18.   
  19. if (!socket_listen($servsock, 128))      // 容许多少个客户端来排队链接  
  20. {  
  21.     $errcode = socket_last_error();  
  22.     fwrite(STDERR, "socket listen fail: " . socket_strerror($errcode));  
  23.     exit(-1);  
  24. }  
  25.   
  26. /* 要监听的三个sockets数组 */  
  27. $read_socks = array();  
  28. $write_socks = array();  
  29. $except_socks = NULL;  // 注意 php 不支持直接将NULL做为引用传参，因此这里定义一个变量  
  30.   
  31. $read_socks[] = $servsock;  
  32.   
  33. while (1)  
  34. {  
  35.     /* 这两个数组会被改变，因此用两个临时变量 */  
  36.     $tmp_reads = $read_socks;  
  37.     $tmp_writes = $write_socks;  
  38.   
  39.     // int socket_select ( array &$read , array &$write , array &$except , int $tv_sec [, int $tv_usec = 0 ] )  
  40.     $count = socket_select($tmp_reads, $tmp_writes, $except_socks, NULL);  // timeout 传 NULL 会一直阻塞直到有结果返回  
  41.   
  42.     foreach ($tmp_reads as $read)  
  43.     {  
  44.   
  45.         if ($read == $servsock)  
  46.         {  
  47.             /* 有新的客户端链接请求 */  
  48.             $connsock = socket_accept($servsock);  //响应客户端链接， 此时不会形成阻塞  
  49.             if ($connsock)  
  50.             {  
  51.                 socket_getpeername($connsock, $addr, $port);  //获取远程客户端ip地址和端口  
  52.                 echo "client connect server: ip = $addr, port = $port" . PHP_EOL;  
  53.   
  54.                 // 把新的链接sokcet加入监听  
  55.                 $read_socks[] = $connsock;  
  56.                 $write_socks[] = $connsock;  
  57.             }  
  58.         }  
  59.         else  
  60.         {  
  61.             /* 客户端传输数据 */  
  62.             $data = socket_read($read, 1024);  //从客户端读取数据, 此时必定会读到数组而不会产生阻塞  
  63.   
  64.             if ($data === '')  
  65.             {  
  66.                 //移除对该 socket 监听  
  67.                 foreach ($read_socks as $key => $val)  
  68.                 {  
  69.                     if ($val == $read) unset($read_socks[$key]);  
  70.                 }  
  71.   
  72.                 foreach ($write_socks as $key => $val)  
  73.                 {  
  74.                     if ($val == $read) unset($write_socks[$key]);  
  75.                 }  
  76.   
  77.   
  78.                 socket_close($read);  
  79.                 echo "client close" . PHP_EOL;  
  80.   
  81.             }  
  82.             else  
  83.             {  
  84.                 socket_getpeername($read, $addr, $port);  //获取远程客户端ip地址和端口  
  85.   
  86.                 echo "read from client # $addr:$port # " . $data;  
  87.   
  88.                 $data = strtoupper($data);  //小写转大写  
  89.   
  90.                 if (in_array($read, $tmp_writes))  
  91.                 {  
  92.                     //若是该客户端可写 把数据回写给客户端  
  93.                     socket_write($read, $data);  
  94.                 }  
  95.             }  
  96.         }  
  97.     }  
  98. }  
  99.   
  100. socket_close($servsock);  



如今，这个TCP服务器就能够支持多个客户端同时链接了，测试下：

 

服务器端：

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. [root@localhost php]# php phptcpserver.php   
  2. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50404  
  3. read from client # 127.0.0.1:50404 # hello world  
  4. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50406  
  5. read from client # 127.0.0.1:50406 # hello PHP  
  6. read from client # 127.0.0.1:50404 # 少小离家老大回  
  7. read from client # 127.0.0.1:50404 # 乡音无改鬓毛衰  
  8. read from client # 127.0.0.1:50406 # 老当益壮，  
  9. read from client # 127.0.0.1:50406 # 宁移白首之心  
  10. client close  
  11. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50408  


稍微修改上面的服务器返回，返回一个HTTP响应头和一个简单的HTTP响应体，这样就摇身一变成了一个最简单的HTTP服务器：

 

 

 

[php]  view plain  copy
 
  1. ....  
  2.   
  3.                 socket_getpeername($read, $addr, $port);  //获取远程客户端ip地址和端口  
  4.   
  5.                 echo "read from client # $addr:$port # " . $data;  
  6.   
  7.                 $response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";  
  8.                 $response .= "Server: phphttpserver\r\n";  
  9.                 $response .= "Content-Type: text/html\r\n";  
  10.                 $response .= "Content-Length: 3\r\n\r\n";  
  11.                 $response .= "ok\n";  
  12.   
  13.                 if (in_array($read, $tmp_writes))  
  14.                 {  
  15.                     //若是该客户端可写 把数据回写给客户端  
  16.                     socket_write($read, $response);  
  17.                     socket_close($read);  // 主动关闭客户端链接  
  18.                     //移除对该 socket 监听  
  19.                     foreach ($read_socks as $key => $val)  
  20.                     {  
  21.                         if ($val == $read) unset($read_socks[$key]);  
  22.                     }  
  23.   
  24.                     foreach ($write_socks as $key => $val)  
  25.                     {  
  26.                         if ($val == $read) unset($write_socks[$key]);  
  27.                     }  
  28.                 }  
  29. .....  



 


从新启动该服务器，用curl模拟请求该http服务器：

 

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. [root@localhost ~]# curl '127.0.0.1:8888'  
  2. ok  
  3. [root@localhost ~]# curl '127.0.0.1:8888'  
  4. ok  
  5. [root@localhost ~]# curl '127.0.0.1:8888'  
  6. ok  
  7. [root@localhost ~]# curl '127.0.0.1:8888'  
  8. ok  
  9. [root@localhost ~]# curl '127.0.0.1:8888'  
  10. ok  
  11. [root@localhost ~]#   


服务器端输出：

 

 

[plain]  view plain  copy
 
  1. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50450  
  2. read from client # 127.0.0.1:50450 # GET / HTTP/1.1  
  3. User-Agent: curl/7.19.7 (x86_64-redhat-linux-gnu) libcurl/7.19.7 NSS/3.27.1 zlib/1.2.3 libidn/1.18 libssh2/1.4.2  
  4. Host: 127.0.0.1:8888  
  5. Accept: */*  
  6.   
  7. client close  
  8. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50452  
  9. read from client # 127.0.0.1:50452 # GET / HTTP/1.1  
  10. User-Agent: curl/7.19.7 (x86_64-redhat-linux-gnu) libcurl/7.19.7 NSS/3.27.1 zlib/1.2.3 libidn/1.18 libssh2/1.4.2  
  11. Host: 127.0.0.1:8888  
  12. Accept: */*  
  13.   
  14. client close  
  15. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50454  
  16. read from client # 127.0.0.1:50454 # GET / HTTP/1.1  
  17. User-Agent: curl/7.19.7 (x86_64-redhat-linux-gnu) libcurl/7.19.7 NSS/3.27.1 zlib/1.2.3 libidn/1.18 libssh2/1.4.2  
  18. Host: 127.0.0.1:8888  
  19. Accept: */*  
  20.   
  21. client close  
  22. client connect server: ip = 127.0.0.1, port = 50456  
  23. read from client # 127.0.0.1:50456 # GET / HTTP/1.1  
  24. User-Agent: curl/7.19.7 (x86_64-redhat-linux-gnu) libcurl/7.19.7 NSS/3.27.1 zlib/1.2.3 libidn/1.18 libssh2/1.4.2  
  25. Host: 127.0.0.1:8888  
  26. Accept: */*  
  27.   
  28. client close  

 

 

这样一个高并发的HTTP服务器就开发好了，用压测软件测试下并发能力：

 



看到高达5000多的QPS，有没有小激动呢^^。

PHP是世界上最好的语言 that's all !

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