php底层运行机制(一)

PHP说简单，可是要精通也不是一件简单的事。咱们除了会使用以外，还得知道它底层的工做原理。

PHP是一种适用于web开发的动态语言。具体点说，就是一个用C语言实现包含大量组件的软件框架。更狭义点看，能够把它认为是一个强大的UI框架。

了解PHP底层实现的目的是什么？动态语言要像用好首先得了解它，内存管理、框架模型值得咱们借鉴，经过扩展开发实现更多更强大的功能，优化咱们程序的性能。

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

PHP的核心架构以下图：

从图上能够看出，PHP从下到上是一个4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，所 有的外围功能均围绕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。）：

01	getKeyHashValue h;

02	index = n & nTableMask;

03	Bucket *p = arBucket[index];

04	while (p) {

05	if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {

06	RETURN p->data;

07

}

08	p=p->next;

09

}

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