PHP 调用 Go 服务的正确方式 - Unix Domain Sockets

 

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问题

多是因为经验太少，工做中常常会遇到问题，探究和解决问题的过程总想记录一下，因此我写博客常常是问题驱动，首先介绍一下今天要解决的问题：

服务耦合

咱们在开发过程当中可能会遇到这样的状况：

• 进程依赖于某服务，因此把服务耦合在进程代码中；
• 服务初始化耗时长，拖慢了进程启动时间；
• 服务运行要占用大量内存，多进程时内存损耗严重。

如我上篇文章 小时到分钟 - 一步步优化巨量关键词的匹配 中介绍的文本匹配服务，它是消息处理流程中的一环，被多个消息处理进程依赖，每次初始化进程要 6秒 左右时间构造 Trie 树，并且服务读取关键词大文件、使用树组构造 Trie 树，会占用大量(目前设置为 256M )内存。

我已经把进程写成了守护进程的形式，让它们长时间执行，虽然不用更多地考虑初始化时间了，但占用内存量巨大的问题没有办法。若是关键词量再大一些，一台机器上面跑十来个消息处理进程后就干不了其余了。

并且，若是有需求让我把文本匹配服务封装为接口给外部调用呢？咱们知道，web 服务时，每个请求处理进程的生存周期是从受理请求到响应结束，若是每次请求都用大量内存和时间来初始化服务，那接口响应时间和服务器压力可想而知。

服务抽取

这样，服务形式必需要改变，咱们但愿这个文本匹配这个服务能作到：

• 随调随走，不依赖，再也不与“消息处理服务”耦合在一块儿；
• 一次初始化，进程运行期间持续提供服务；
• 同步响应，高效而准确，最好能不用各类锁来保持资源占有；

解决办法也很简单，就是把这个文本匹配的服务抽取出来，单独做为一个守护进程来运行，像一个特殊的服务器，多个“消息处理服务”在有须要时能调用此服务进程。

如今，咱们须要考虑文本匹配服务进程如何与外界通讯，接受匹配请求，响应匹配结果。绕来绕去，问题仍是回到了 进程间通讯。

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Unix Domain Sockets

进程间通讯

进程间通讯（IPC，Inter-Process Communication），指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。进程是计算机系统分配资源的最小单位(严格说来是线程)。每一个进程都有本身的一部分独立的系统资源，彼此是隔离的。为了能使不一样的进程互相访问资源并进行协调工做，才有了进程间通讯。

进程间通讯的方式有不少，网上对此介绍的也不少，下面根据文章的需求来分析一下这些方式：

• 管道：管道是Unix最初的IPC形式，但它只能用于具备共同祖先进程的各个进程，没法用于在没有亲缘关系的进程。若是使用它，须要在“消息处理服务”中启动“文本匹配服务”，跟原来差异不大。
• 命名管道：也被称为有名管道，它在Unix称为FIFO，它经过一个文件来进行进程间数据交互，但服务于多个进程时，须要添加锁来保证原子性，从而避免写入和读取不对应。
• 信号和信号量：用于进程/线程事件级的通讯，但它们能交流的信息太少。
• 消息队列和共享内存：都是经过一个公共内存介质来进行通讯，我以前也写过一篇关于PHP进程间使用消息队列和共享内存通讯的文章： 从并发处理谈PHP进程间通讯（二）System V IPC，但它们在通讯上都是异步的，处理多个进程时没法分辨请求和对应的响应信息。
• socket：经过Unix封装好的网络API来进行通讯，像数据库、服务器都是经过这种方式实现，它们也能提供本地服务。不过网络socket当然能使用，可是要面临着数据包装和网络调用开销，也不是完美的选择。

简单介绍

固然仍是有完美的方式的，这就是今天的主角 - Unix Domain Sockets ，它能够理解为一种特殊的 Socket，但它不须要通过网络协议栈，不须要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另外一个进程，因此在系统内通讯效率更高。并且免去了网络问题，它也更能保证消息的完整性，既不会丢失也不会顺序错乱。

做为特殊的 Socket，它的建立、调用方式和网络 Socket 同样，一次完整的交互，服务端都要通过create、bind、listen、accept、read、write，客户端要经过create、connect、write、read。与普通 Socket 不一样的是它绑定一个系统内的文件，而不是 IP 和端口。

建立代码这里再也不多介绍了，以前的一篇文章 用C写一个web服务器（一） 基础功能 的功能实现小节里详细介绍了 socket 通讯的具体步骤，C 系的语言都是类似的，很容易理解。

适用场景

Unix Domain Sockets 真的是进程间通讯的一个重型武器，用它能够快速实现进程间的数据、信息交互，并且不须要锁等繁杂操做，也不用考虑效率，可谓是简单高效。

固然，“重型武器” 的在各类场景下也有适合不适合。Unix Domain Sockets适用于如下场景：

• 服务长时间存在。 Unix Domain Sockets 的服务端是个服务器同样的存在，在守护进程中，它阻塞并等待客户端链接的特性能够被充分利用。
• 一服务器多客户端。它能经过 Socket 的文件描述符来区分不一样的客户端，避免资源之间的锁操做。
• 同一系统内。它只能在同一系统内进行进程数据复制，跨系统请使用传统 Sockets。

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代码实现

接下来要 show code 了，不过学 PHP 的都知道，PHP 不太适合处理 CPU 密集形的任务，我恰好学了点 Go，一时手痒，就用 Go 实现了下 Trie 树，因此才牵扯到 PHP 和 Go 之间的通讯，有了今天的文章。固然介绍的方法，并不仅适合 PHP 与 Go 通讯，其余语言也能够，至少 C系语言中是通用的。

完整代码见 IPC-GitHub-枕边书，里面还附带了一份随手写的 PHP 版本的 Unix Domain Sockets server 端。

Go 实现的 Trie 树

Trie树再也不是今天的主题，这里介绍一下数据结构和须要注意的点。

// trie树结点定义
type Node struct {
    depth    int
    children map[int32]Node // 用map实现key-value型的 字符-节点 对应
}

须要注意：

• 使用 slice 的 append() 函数保存递增的匹配结果时，有可能因为 slice 容量不够而从新分配地址，因此要传入 slice 的地址来保存递增后的匹配结果结果，*result = append(*result, word)，最后再将递增以后的 slice 地址传回。
• 因为 Go 中的编码统一使用的 utf-8，不用像 PHP 同样判断字符的边界，因此在进行关键词拆散和消息拆散时，直接使用 int32() 方法将关键词和消息都转换为成员为 int32 类型的 slice，匹配过程当中就使用 int32 类型的数字来表明这个中文字符，匹配完成后再使用fmt.Printf("%c", int32)将其转换为中文。

Go Server

Go 中建立一个 socket 并使用的步骤很是简单，只是 Go 没有异常，判断 error 会比较恶心一点，不知道有没有大神有更好的写法。下面为了精简，把 error 全置空了。

// 建立一个Unix domain soceket
    socket, _ := net.Listen("unix", "/tmp/keyword_match.sock")
    // 关闭时删除绑定的文件
    defer syscall.Unlink("/tmp/keyword_match.sock") 
    // 无限循环监听和受理客户端请求
    for {
        client, _ := socket.Accept()
        
        buf := make([]byte, 1024)
        data_len, _ := client.Read(buf)
        data := buf[0:data_len]
        msg := string(data)
        
        matched := trie.Match(tree, msg)
        response := []byte("[]") // 给响应一个默认值
        if len(matched) > 0 {
            json_str, _ := json.Marshal(matched)
            response = []byte(string(json_str))
        }
        _, _ = client.Write(response)
    }

PHP Client

下面是 PHP 实现的客户端：

$msg = "msg";
// 建立 链接 发送消息 接收响应 关闭链接
$socket = socket_create(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
socket_connect($socket, '/tmp/keyword_match.sock');
socket_send($socket, $msg, strlen($msg), 0);
$response = socket_read($socket, 1024);
socket_close($socket);

// 有值则为匹配成功
if (strlen($response) > 3) {
    var_dump($response);
}

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小结

效率

这里总结一下这套设计的效率表现：

纯粹用 Go 进行文本关键词匹配，一千条数据运行一秒多，差很少是 PHP 效率的两倍。不过说好的 8倍效率呢？果真测评都是骗人的。固然，也多是我写法有问题或者 Trie 树不在 Go 的发挥范围以内。而后是 PHP 使用 Unix Domain Socket 调用 Go 服务的耗时，多是进程间复制数据耗时或 PHP 拖了后腿，3秒多一点，跟纯 PHP 脚本差很少。

杂谈

用 PHP 的都知道，PHP 由于解释型语言的特性和其高度的封装，致使其虽然在开发上速度很快，但是执行与其余语言相比略差。对此，业界的 FB 有 HHVM，PHP7 有 opcache 新特性，听说还要在 PHP8 添加 JIT，用以弥补其先天硬伤。

不过，对于开发者，特别是跟我同样对于效率有执著追求的人来讲，在了解使用 PHP 的新特性以外，本身再掌握一门较高执行效率、开发效率略低的语言，用来写一些高计算量，逻辑单一的代码，与 PHP 互补或许会更好一点。

因而，在考虑良久，也见识了各类 Go 的支持者和反对者之间的撕逼后，我以为仍是要相信一下谷歌爸爸，毕竟也没什么其余我以为可选的语言了。PS：请不要针对这一段发表意见，谢谢：）

另外C呢，虽然暂时开发中用不到，但是毕竟是当代N多语言的起源，偶尔写写数据结构、算法什么的以避免生锈。并且学了些C，从 PHP 到 Go，切换起来还略有些驾轻就熟的感受~

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