PHP运行原理(转载)

前几天,有个华为的家伙我叫他985问了我一个这样的问题php在服务器上是怎么跑的? 也就是说php是怎么在服务器上运行的, 当时属实给我问懵逼了一直都在不停的写代码可是真正的运行原理却知道的微乎其微, 通过一下午的查资料的我以为有必要把前人总结的经验 写进个人博客中 我以为写代码 不只要有灵活的思想 扎实的基础还要有最底层原理 这样才能了如指掌. 小吹了一波牛逼下面 就是在前人所总结的经验 

 1. PHP的设计理念及特色

• 多进程模型：因为PHP是多进程模型，不一样请求间互不干涉，这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务形成影响，固然，随着时代发展，PHP也早已支持多线程模型。
• 弱类型语言：和C/C++、Java、C#等语言不一样，PHP是一门弱类型语言。一个变量的类型并非一开始就肯定不变，运行中才会肯定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开发中很是方便、高效，具体会在后面PHP变量中详述。
• 引擎(Zend)+组件(ext)的模式下降内部耦合。
• 中间层(sapi)隔绝web server和PHP。
• 语法简单灵活，没有太多规范。缺点致使风格混杂，但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。

 

  2. PHP的四层体系

• Zend引擎：Zend总体用纯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、oo）、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，全部的外围功能均围绕Zend实现。
• Extensions：围绕着Zend引擎，extensions经过组件式的方式提供各类基础服务，咱们常见的各类内置函数（如array系列）、标准库等都是经过extension来实现，用户也能够根据须要实现本身的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）。
• Sapi：Sapi全称是Server Application Programming Interface，也就是服务端应用编程接口，Sapi经过一系列钩子函数，使得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：这就是咱们平时编写的PHP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、在命令行下以脚本方式运行等等。

 若是PHP是一辆车，那么车的框架就是PHP自己，Zend是车的引擎（发动机），Ext下面的各类组件就是车的轮子，Sapi能够看作是公路，车能够跑在不一样类型的公路上，而一 次PHP程序的执行就是汽车跑在公路上。所以，咱们须要：性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。

 

3. Sapi

 如前所述，Sapi经过一系列的接口，使得外部应用能够和PHP交换数据并能够根据不一样应用特色实现特定的处理方法，咱们常见的一些sapi有：

• apache2handler：这是以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直接的另外一种交互方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi协议，在最近今年fastcgi+PHP获得愈来愈多的应用，也是异步webserver所惟一支持的方式。
• cli：命令行调用的应用模式

     

4. PHP的执行流程&opcode

咱们先来看看PHP代码的执行所通过的流程。                                                                                                                   

           

从图上能够看到，PHP实现了一个典型的动态语言执行过程：拿到一段代码后，通过词法解析、语法解析等阶段后，源程序会被翻译成一个个指令(opcodes)，而后ZEND虚拟机顺次执行这些指令完成操做。PHP自己是用C实现的，所以最终调用的也都是C的函数，实际上，咱们能够把PHP看作是一个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。

常见的几个处理函数：

1 ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : //变量分配 （$a=$b）
2 ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：//函数调用
3 ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：//字符串拼接 $a.$b
4 ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: //加法运算 $a+2
5 ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：//判断相等 $a==1
6 ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：//判断相等 $a===1

5. HashTable — 核心数据结构

HashTable是zend的核心数据结构，在PHP里面几乎并用来实现全部常见功能，咱们知道的PHP数组便是其典型应用，此外，在zend内部，如函数符号表、全局变量等也都是基于hash table来实现。

PHP的hash table具备以下特色：

• 支持典型的key->value查询
• 能够当作数组使用
• 添加、删除节点是O（1）复杂度
• key支持混合类型：同时存在关联数组合索引数组
• Value支持混合类型：array (“string”,2332)
• 支持线性遍历：如foreach

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。其结构以下图：

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）

 

 1 getKeyHashValue h;
 2 index = n & nTableMask;
 3 Bucket *p = arBucket[index];
 4 while (p) {
 5     if ((p->h == h) & (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
 6         RETURN p->data;   
 7     }
 8     p=p->next;
 9 }
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

 

6. PHP变量

PHP是一门弱类型语言，自己不严格区分变量的类型。PHP在变量申明的时候不须要指定类型。PHP在程序运行期间可能进行变量类型的隐示转换。和其余强类型语言同样，程序中也能够进行显示的类型转换。PHP变量能够分为简单类型(int、string、bool)、集合类型(array resource object)和常量(const)。以上全部的变量在底层都是同一种结构 zval。

Zval是zend中另外一个很是重要的数据结构，用来标识并实现PHP变量，其数据结构以下：

Zval主要由三部分组成：

• type：指定了变量所述的类型（整数、字符串、数组等）
• refcount&is_ref：用来实现引用计数(后面具体介绍)
• value：核心部分，存储了变量的实际数据

Zvalue是用来保存一个变量的实际数据。由于要存储多种类型，因此zvalue是一个union，也由此实现了弱类型。

PHP变量类型和其实际存储对应关系以下：

1 IS_LONG   -> lvalue
2 IS_DOUBLE -> dvalue
3 IS_ARRAY  -> ht
4 IS_STRING -> str
5 IS_RESOURCE -> lvalue

引用计数在内存回收、字符串操做等地方使用很是普遍。PHP中的变量就是引用计数的典型应用。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。

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。

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。

在PHP中，若是整数范围越界了怎么办？这种状况下会自动转换为double类型，这个必定要当心，不少trick都是由此产生。

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），同时在PHP中，求字符串长度strlen是O(1)操做。

在新增、修改、追加字符串操做时，PHP都会从新分配内存生成新的字符串。最后，出于安全考虑，PHP在生成一个字符串时末尾仍然会添加

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$res = “$strA$strB”
2 //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
3 $strA = $strA.$strB
4 //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
5 $res = $intA.$intB
6 //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
7 $strA = sprintf (“%s%s”,$strA.$strB);
8 //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。

PHP的数组经过Zend HashTable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]是等价的

资源类型变量是PHP中最复杂的一种变量，也是一种复合型结构。

PHP的zval能够表示普遍的数据类型，可是对于自定义的数据类型却很难充分描述。因为没有有效的方式描绘这些复合结构，所以也没有办法对它们使用传统的操做符。要解决这个问题，只须要经过一个本质上任意的标识符（label）引用指针，这种方式被称为资源。

在zval中，对于resource，lval做为指针来使用，直接指向资源所在的地址。Resource能够是任意的复合结构，咱们熟悉的mysqli、fsock、memcached等都是资源。

如何使用资源：

• 注册：对于一个自定义的数据类型，要想将它做为资源。首先须要进行注册，zend会为它分配全局惟一标示。
• 获取一个资源变量：对于资源，zend维护了一个id->实际数据的hash_tale。对于一个resource，在zval中只记录了它的id。fetch的时候经过id在hash_table中找到具体的值返回。
• 资源销毁：资源的数据类型是多种多样的。Zend自己没有办法销毁它。所以须要用户在注册资源的时候提供销毁函数。当unset资源时，zend调用相应的函数完成析构。同时从全局资源表中删除它。

资源能够长期驻留，不仅是在全部引用它的变量超出做用域以后，甚至是在一个请求结束了而且新的请求产生以后。这些资源称为持久资源，由于它们贯通SAPI的整个生命周期持续存在，除非特地销毁。不少状况下，持久化资源能够在必定程度上提升性能。好比咱们常见的mysql_pconnect ,持久化资源经过pemalloc分配内存，这样在请求结束的时候不会释放。
对zend来讲，对二者自己并不区分。

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，若是symbol_table中没有同名变量则会先建立。

 

 

 

 

                                                                                                                                                                其实原理并不难只要有时间去摸索它