php运行机制技巧_PHP 底层的运行机制与事理

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PHP是一种适用于web开拓的动态措辞。
详细点说，便是一个用C措辞实现包含大量组件的软件框架。
更狭义点看，可以把它认为是一个强大的UI框架。

理解PHP底层实现的目的是什么？动态措辞要像用好首先得理解它，内存管理、框架模型值得我们借鉴，通过扩展开拓实现更多更强大的功能，优化我们程序的性能。

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1. PHP的设计理念及特点

（图片来自网络侵删）

多进程模型：由于PHP是多进程模型，不同要求间互不干涉，这样担保了一个要求挂掉不会对通盘做事造成影响，当然，随着时期发展，PHP也早已支持多线程模型。
弱类型措辞：和C/C++、Java、C#等措辞不同，PHP是一门弱类型措辞。
一个变量的类型并不是一开始就确定不变，运行中才会确定并可能发生隐式或显式的类型转换，这种机制的灵巧性在web开拓中非常方便、高效，具体会在后面PHP变量中详述。
引擎(Zend)+组件(ext)的模式降落内部耦合。
中间层(sapi)隔绝web server和PHP。
语法大略灵巧，没有太多规范。
缺陷导致风格殽杂，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的核心架构如下图：

从图上可以看出，PHP从下到上是一个4层体系：

Zend引擎：Zend整体用纯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）为可实行opcode的处理并实现相应的处理方法、实现了基本的数据构造（如hashtable、oo）、内存分配及管理、供应了相应的api方法供外部调用，是统统的核心，所有的外围功能均环绕Zend实现。
Extensions：环绕着Zend引擎，extensions通过组件式的办法供应各种根本做事，我们常见的各种内置函数（如array系列）、标准库等都是通过extension来实现，用户也可以根据须要实现自己的extension以达到功能扩展、性能优化等目的（如贴吧正在利用的PHP中间层、富文本解析便是extension的范例运用）。
Sapi：Sapi全称是Server Application Programming Interface，也便是做事端运用编程接口，Sapi通过一系列钩子函数，使得PHP可以和外围交互数据，这是PHP非常优雅和成功的一个设计，通过sapi成功的将PHP本身和上层运用解耦隔离，PHP可以不再考虑如何针对不同运用进行兼容，而运用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理办法。
上层运用：这便是我们平时编写的PHP程序，通过不同的sapi办法得到各种各样的运用模式，如通过webserver实现web运用、在命令行下以脚本办法运行等等。

如果PHP是一辆车，那么车的框架便是PHP本身，Zend是车的引擎（发动机），Ext下面的各种组件便是车的轮子，Sapi可以看做是公路，车可以跑在不同类型的公路上，而一次PHP程序的实行便是汽车跑在公路上。
因此，我们须要：性能精良的引擎+得当的车轮+精确的跑道。

3. Sapi

如前所述，Sapi通过通过一系列的接口，使得外部运用可以和PHP交流数据并可以根据不同运用特点实现特定的处理方法，我们常见的一些sapi有：

apache2handler：这因此apache作为webserver，采取mod_PHP模式运行时候的处理办法，也是现在运用最广泛的一种。
cgi：这是webserver和PHP直接的另一种交互办法，也便是大名鼎鼎的fastcgi协议，在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的运用，也是异步webserver所唯一支持的办法。
cli：命令行调用的运用模式

4. PHP的实行流程&opcode

我们先来看看PHP代码的实行所经由的流程。

从图上可以看到，PHP实现了一个范例的动态措辞实行过程：拿到一段代码后，经由词法解析、语法解析等阶段后，源程序会被翻译成一个个指令(opcodes)，然后ZEND虚拟机顺次实行这些指令完成操作。
PHP本身是用C实现的，因此终极调用的也都是C的函数，实际上，我们可以把PHP看做是一个C开拓的软件。

PHP的实行的核心是翻译出来的一条一条指令，也即opcode。

Opcode是PHP程序实行的最基本单位。
一个opcode由两个参数(op1,op2)、返回值和处理函数组成。
PHP程序终极被翻译为一组opcode处理函数的顺序实行。

常见的几个处理函数：

PHP

ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配（$a=$b）

ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函数调用

ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 $a.$b

ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算 $a+2

ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 $a==1

ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 $a===1

5. HashTable — 核心数据构造

HashTable是zend的核心数据构造，在PHP里面险些并用来实现所有常见功能，我们知道的PHP数组即是其范例运用，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具有如下特点：

支持范例的key->value查询可以当做数组利用添加、删除节点是O（1）繁芜度key支持稠浊类型：同时存在关联数组合索引数组Value支持稠浊类型：array (“string”,2332)支持线性遍历：如foreach

Zend hash table实现了范例的hash表散列构造，同时通过附加一个双向链表，供应了正向、反向遍历数组的功能。
其构造如下图：

可以看到，在hash table中既有key->value形式的散列构造，也有双向链表模式，使得它能够非常方便的支持快速查找和线性遍历。

散列构造：Zend的散列构造是范例的hash表模型，通过链表的办法来办理冲突。
须要把稳的是zend的hash table是一个自增长的数据构造，当hash表数目满了之后，其本身会动态以2倍的办法扩容并重新元素位置。
初始大小均为8。
其余，在进行key->value快速查找时候，zend本身还做了一些优化，通过空间换韶光的办法加快速率。
比如在每个元素中都会用一个变量nKeyLength标识key的长度以作快速剖断。
双向链表：Zend hash table通过一个链表构造，实现了元素的线性遍历。
理论上，做遍历利用单向链表就够了，之以是利用双向链表，紧张目的是为了快速删除，避免遍历。
Zend hash table是一种复合型的构造，作为数组利用时，即支持常见的关联数组也能够作为顺序索引数字来利用，乃至许可2者的稠浊。
PHP关联数组：关联数组是范例的hash_table运用。
一次查询过程经由如下几步（从代码可以看出，这是一个常见的hash查询过程并增加一些快速剖断加速查找。
）：

PHP

getKeyHashValue h;

index = n & nTableMask;

Bucket p = arBucket[index];

while (p) {

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

RETURN p->data;

}

p=p->next;

}

RETURN FALTURE;

PHP索引数组：索引数组便是我们常见的数组，通过下标访问。
例如 $arr[0]，Zend HashTable内部进行了归一化处理，对付index类型key同样分配了hash值和nKeyLength(为0)。
内部成员变量nNextFreeElement便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才能够实现关联和非关联的稠浊。
由于push操作的分外性，索引key在PHP数组中先后顺序并不是通过下标大小来决定，而是由push的先后决定。
例如 $arr[1] = 2; $arr[2] = 3;对付double类型的key，Zend HashTable会将他当做索引key处理

6. PHP变量

PHP是一门弱类型措辞，本身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。
和其他强类型措辞一样，程序中也可以进行显示的类型转换。
PHP变量可以分为大略类型(int、string、bool)、凑集类型(array resource object)和常量(const)。
以上所有的变量在底层都是同一种构造 zval。

Zval是zend中另一个非常主要的数据构造，用来标识并实现PHP变量，其数据构造如下：

Zval紧张由三部分组成：

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(后面详细先容)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，以是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如下：

PHP

IS_LONG -> lvalue

IS_DOUBLE -> dvalue

IS_ARRAY -> ht

IS_STRING -> str

IS_RESOURCE -> lvalue

引用计数在内存回收、字符串操作等地方利用非常广泛。
PHP中的变量便是引用计数的范例运用。
Zval的引用计数通过成员变量is_ref和ref_count实现，通过引用计数，多个变量可以共享同一份数据。
避免频繁拷贝带来的大量花费。

在进行赋值操作时，zend将变量指向相同的zval同时ref_count++，在unset操作时，对应的ref_count-1。
只有ref_count减为0时才会真正实行销毁操作。
如果是引用赋值，则zend会修正is_ref为1。

PHP变量通过引用计数实现变量共享数据，那如果改变个中一个变量值呢？当试图写入一个变量时，Zend若创造该变量指向的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，只有在有写操作发生时zend才进行拷贝操作，因此也叫copy-on-write(写时拷贝)

对付引用型变量，其哀求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修正一个变量就修正了所有捆绑变量。

整数、浮点数是PHP中的根本类型之一，也是一个大略型变量。
对付整数和浮点数，在zvalue中直接存储对应的值。
其类型分别是long和double。

从zvalue构造中可以看出，对付整数类型，和c等强类型措辞不同，PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的，对它来说，整数只有一种类型也便是long。
由此，可以看出，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。

对付浮点数，类似整数，它也不区分float和double而是统一只有double一种类型。

在PHP中，如果整数范围越界了怎么办？这种情形下会自动转换为double类型，这个一定要小心，很多trick都是由此产生。

和整数一样，字符变量也是PHP中的根本类型和大略型变量。
通过zvalue构造可以看出，在PHP中，字符串是由由指向实际数据的指针和长度构造体组成，这点和c++中的string比较类似。
由于通过一个实际变量表示长度，和c不同，它的字符串可以是2进制数据（包含），同时在PHP中，求字符串长度strlen是O(1)操作。

在新增、修正、追加字符串操作时，PHP都会重新分配内存天生新的字符串。
末了，出于安全考虑，PHP在天生一个字符串时末端仍旧会添加

常见的字符串拼接办法及速率比较：

假设有如下4个变量：$strA=‘123’; $strB = ‘456’; $intA=123; intB=456;

现在对如下的几种字符串拼接办法做一个比较息争释：

PHP

$res = $strA.$strB和$res = “$strA$strB”

这种情形下，zend会重新malloc一块内存并进行相应处理，其速率一样平常

$strA = $strA.$strB

这种是速率最快的，zend会在当前strA根本上直接relloc，避免重复拷贝

$res = $intA.$intB

这种速率较慢，由于须要做隐式的格式转换，实际编写程序中也该当把稳只管即便避免

$strA = sprintf (“%s%s”,$strA.$strB);

这会是最慢的一种办法，由于sprintf在PHP中并不是一个措辞构造，本身对付格式识别和处理就须要耗费比较多韶光，其余本身机制也是malloc。
不过sprintf的办法最具可读性，实际中可以根据详细情形灵巧选择。

PHP的数组通过Zend HashTable来天然实现。

foreach操作如何实现？对一个数组的foreach便是通过遍历hashtable中的双向链表完成。
对付索引数组，通过foreach遍历效率比for高很多，省去了key->value的查找。
count操作直接调用HashTable->NumOfElements，O(1)操作。
对付’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中最繁芜的一种变量，也是一种复合型构造。

PHP的zval可以表示广泛的数据类型，但是对付自定义的数据类型却很难充分描述。
由于没有有效的办法描述这些复合构造，因此也没有办法对它们利用传统的操作符。
要办理这个问题，只须要通过一个实质上任意的标识符（label）引用指针，这种办法被称为资源。

在zval中，对付resource，lval作为指针来利用，直接指向资源所在的地址。
Resource可以是任意的复合构造，我们熟习的mysqli、fsock、memcached等都是资源。

如何利用资源：

注册：对付一个自定义的数据类型，要想将它作为资源。
首先须要进行注册，zend会为它分配全局唯一标示。
获取一个资源变量：对付资源，zend掩护了一个id->实际数据的hash_tale。
对付一个resource，在zval中只记录了它的id。
fetch的时候通过id在hash_table中找到详细的值返回。
资源销毁：资源的数据类型是多种多样的。
Zend本身没有办法销毁它。
因此须要用户在注册资源的时候供应销毁函数。
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。

资源可以长期驻留，不但是在所有引用它的变量超出浸染域之后，乃至是在一个要求结束了并且新的要求产生之后。
这些资源称为持久资源，由于它们贯通SAPI的全体生命周期持续存在，除非特意销毁。
很多情形下，持久化资源可以在一定程度长进步性能。
比如我们常见的mysql_pconnect ,持久化资源通过pemalloc分配内存，这样在要求结束的时候不会开释。

对zend来说，对两者本身并不区分。

PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的？对付一个要求，任意时候PHP都可以看到两个符号表(symbol_table和active_symbol_table)，个中前者用来掩护全局变量。
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。
通过这样的办法实现全局、局部变量的区分。

获取变量值：PHP的符号表是通过hash_table实现的，对付每个变量都分配唯一标识，获取的时候根据标识从表中找到相应zval返回。

函数中利用全局变量：在函数中，我们可以通过显式申明global来利用全局变量。
在active_symbol_table中创建symbol_table中同名变量的引用，如果symbol_table中没有同名变量则会先创建。

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