嵌入式PHP的探索实践

内容来源：2018 年 5 月 20 日，腾讯企点开放平台技术负责人熊月在“PHPCon China 2018 技术峰会”进行《嵌入式PHP的探索实践》演讲分享。IT 大咖说（微信id：itdakashuo）做为独家视频合做方，经主办方和讲者审阅受权发布。

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摘要

对于拥有不少复杂业务场景的tob领域，“开发效率”和“性能”经常是咱们考虑的两个主要问题，PHP做为脚本语言，自己适用于快速开发业务逻辑，同时为了解决PHP特定的性能瓶颈，通常将C++/PHP结合，在PHP代码里调用C/C++扩展。 此次咱们带来了不一样思路的探索：将php嵌入到高性能C/C++框架运行，将C/C++框架做为容器，完美结合php快速开发优点和C/C++高性能特色。Zend Engine提供了一种嵌入式开发模式，咱们利用这一特性使它能够在C/C++的环境中单独执行PHP脚本，而且支持多实例运行，能够在C/C++协程框架中运行。嵌入式PHP也为在任意C/C++协程框架结合带来无限可能，包括在C++的客户端上运行PHP。

嵌入式PHP

做为一门后台开发语言PHP有着不一样的发展阶段。最开始是你们都比较熟悉的LAMP，接着是PHP-fpm和fastcgi，再日后是swoole，以后在swoole的基础上又新增了协程。

为了便于理解，在介绍嵌入式PHP以前要先讲下SAPI的概念。SAPI即后台应用程序编程接口，是PHP与其余应用程序交互的接口。常见的SAPI有cgi、fpm、cli、Apace2 hander，而嵌入式PHP（embed）也是其中一类。

业务场景

咱们最初的业务框架是基于TSF2.0，底层为Zend Engine和扩展，扩展最核心的部分是基于swoole。在此之上是TSF PHP层，包含协程调度器、微服务框架、监控管理进程、MVC模式。最上层才是真正的执行逻辑的PHP脚本。

这样一套框架存在几个问题。PHP原生的Generator协程须要配合yield使用，对开发来讲不怎么友好，由于yield的使用时机不太好肯定，尤为是对于新手。因为协程调度器是用原生PHP实现的，所以相对其余语言在性能上会差些，特别是在高并发场景下。还有就是低版本swoole不够稳定，问题最多的就是在内存泄露这块。你们都知道腾讯内部有不少公用组件，这些组件接口大可能是用C++实现的，为此咱们须要作的是用扩展对接PHP与其余组件，而问题就在于扩展没法使用上层的PHP协程。

方案：SPP+PHP

为何选择嵌入式PHP

SNG中有个很是有名的C++后台框架SPP，它是一个高性能的网络框架，起始于2008年，被普遍的应用于SNG的各个业务线。众所周知开发效率一直是PHP的长处，性能方面则是短板。因此咱们就在想能不能将SPP和PHP结合起来兼顾高性能和开发效率，嵌入式PHP无疑是很好的结合方案。

SPP主要有5个模块。proxy用来处理新请求，内存队列是proxy和workgroup交互的内存区域，workgroup是和后台逻辑脚本交互的模块，controller做为控制核心来控制proxy和workgroup的运行状态，最后是最重要的协程模块。

如何将SPP和Zend结合

SPP实际上是基于协程的框架，协程是一个用户态的多线程概念。在协程切换的时候会涉及内存管理的机制，而Zend没有这种切换内存资源的机制，只有全局变量和多线程资源隔离的方式。这样的话要想将SPP和Zend结合起来，就要对Zend进行改造。

Zend的源码大概有60万行，若是直接改动核心源码，不光实施起来很麻烦，对以后的升级也会形成问题。最好的办法是借助Zend自己的机制对入口进行改造，而不侵入内核。

Zend改造

Zend有多进程和多线程两种方式，在多线程模式下有一个线程安全的机制ZTS。ZTS本质实际上是对每一个线程的全局资源进行了隔离，与SPP协程的结合就须要用到ZTS，下面是具体步骤。

第一步固然是打开Zend内核ZTS开关，第二步为了知足协程上下文切换，须要将ZTS中的线程私有变量转化为全局数据元素，第三步增长资源入口切换API。作完这三步就完成了Zend和SPP的结合，虽然步骤很少但实际上在作的过程当中仍是会有不少挑战。

PHP执行流调度器

解决告终合问题以后，接下来为了将整个流程串起来须要有一个执行流程调度器。上图是整个执行流程，首先SPP经过SAPI进入到Zend中，而后Zend执行PHP脚本，先编译成OpCode，以后若是有网路IO就会用到协程。协程也能够基于SPP提供的API来运做，经过Tsrm的全局资源table能够进行协程切换。

在有这样一套执行流的状况下，扩展也能够依赖SPP的API实现协程调度。

上图是SPP结合PHP以后的总体架构。最底层是SPP，往上是PHP执行流调度器，中间是PHP内核和扩展，最上层是PHP脚本。这一整套架构以嵌入式的方式结合了SPP和PHP，让开发者既能够利用SPP提供的高性能网络框架，同时也能应用到上层PHP快速开发的特色。

这里展现的是压测时候的环境数据，包括机型、压测工具、压测方法以及框架的版本等。

这是压测后得到的实际数据对比，能够看到SPP-PHP框架相对旧的框架性能上大概有3倍的提高。