学习笔记之php的运行机制与原理

清疚 2022-03-18 14:52 379阅读 0赞

## 前言 ##

经常用php写cgi，但是发现自己并不理解它的运行原理，所以学习一下。

## PHP是什么 ##

PHP是一种适用于Web开发的动态语言，是一个用C语言实现，包含大量组件的软件框架。

*  多进程模型：PHP是多进程模型。不同请求间互不干涉，即一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响。（使用进程控制函数，创建子进程，执行程序，处理信号等）。PHP也能支持多线程模型。
    
    > 进程拥有一个完整的虚拟地址空间，不依赖于线程而独立存在；线程是进程的一部分，没有自己的地址空间，与进程内的其他线程一起共享分配给该进程的所有资源。  
    > 区别：  
    > （1）进程具有独立的空间地址，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响。  
    > （2）线程只是一个进程的不同执行路径，线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉。
 *  弱类型语言：和C、C++、C\#、Java等不同，PHP是一种弱类型的语言。即一个变量的类型并不是一开始就确定不变的，运行中才会确定并可能发生隐式或显示的类型转换。
 *  引擎(Zend) + 组件(ext)的模式降低内部耦合
 *  中间层(sapi)隔绝web server和PHP
 *  语法简单灵活，没有太多规范

## PHP的核心架构 ##

[![PHP的核心架构][PHP]][PHP]  
从下向上如下：

1.  Zend引擎：Zend整体用C语言实现，是PHP的内核部分。它将PHP代码翻译，实现了基本的数据结构，内存分配机制及管理，提供了相应的api供外部调用，是一切的核心。
2.  Extensions：围绕Zend引擎，extensions通过组件式的方式提供各种基础服务，我们常见的各种内置函数、标准库等都是通过extension来实现，用户也可以根据需要实现自己的extension。
3.  Sapi：Aerver Application Programming Interface，即服务端应用编程接口，是PHP和web server的中间层。Sapi通过钩子函数，使PHP能和外部交互数据，这也将PHP和上层应用解耦。
4.  上层应用：就是我们平时编写的PHP程序，通过不同的sapi方式得到各种各样的应用模式

### Sapi ###

我们常见的Sapi有：

1.  apache2handler：以apache作为webserver，采用mod\_PHP模式运行时候的处理方式，也是现在应用最广泛的一种。
2.  fast-cgi：这是webserver和PHP直接的另一种交互方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi协议，在最近fastcgi+PHP得到越来越多的应用，也是异步webserver所唯一支持的方式。nginx就是通过php-fpm(fast-cgi)来解析php的。
3.  cli：命令行调用的应用模式

### php+apache和php+nginx的区别 ###

apache是通过mod\_php来解析php的；nginx是通过php-fpm(fast-cgi)来解析php的。

1.  PHP解释器是否嵌入Web服务器进程内部执行  
    mod\_php通过嵌入PHP解释器到Apache进程中，只能与Apache配合使用。这种方式的弊端是内存占用大，如处理CSS、JS等静态文件完全没有必要加载解释器；而cgi和fast-cgi以独立的进程的形式出现，只要对应的Web服务器实现cgi或者fast-cgi协议，就能够处理PHP请求。
2.  单个进程处理的请求数量  
    mod\_php和fast\_cgi的模式在每个进程的生命周期内能够处理多个请求，而cgi 的模式处理一个请求就马上销毁进程，在高并发的场景下cgi 的性能非常糟糕。而fast-cgi也有启动多个进程，占用内存的缺点。
    
    > cgi和fast-cgi是通信协议V1.0和V2.0，而php-cgi和php-fpm是实现了这种协议的程序。所以处理具体请求的是php-cgi或php-fpm，它们遵循fast-cgi协议。

综上，如果对性能有极高的要求，可以将静态请求和动态请求分开，这时Nginx+php-fpm是比较好的选择。

## PHP的执行流程 ##

[![PHP的核心架构][PHP 1]][PHP 1]  
拿到一段代码后，经过词法解析、语法解析等阶段后，源程序会被翻译成一个个指令（opcodes）,然后ZEND虚拟机顺次执行这些指令完成操作。PHP本身是用C实现的，因此最终调用的也是C的函数，实际上，我们可以把PHP看做一个C开发的软件。

## PHP变量 ##

PHP是一门弱类型语言，本身不严格区分变量的类型。PHP变量可以分为简单类型(int、string、boolean)、集合类型(array、resource、object)和常量(const)。所有变量在底层都是同一种结构zval。  
zval主要由三部分组成：

*  type：指定变量的类型
 *  refcount&is\_ref：用来实现引用计数
 *  value：存储变量的实际数据(核心)。因为要存储多种类型，所以zvalue是一个union，也由此实现了弱类型。

## 和node.js比较 ##

### 多进程和单进程 ###

上面有提到，PHP是多进程模型。因此，如果PHP代码损坏，不会拖垮整个服务器。 PHP代码只运行在自己的进程范围中，当某个请求显示错误时，它只对特定的请求产生影响；而在Node.js环境中，所有的请求均在单一的进程服务中，当某个请求导致未知错误时，整个服务器都会受到影响。  
以下是PHP和Node.js对处理Http请求时的模型。  
php+apache模型  
[![PHP\_apache][PHP_apache]][PHP_apache]  
node.js模型  
[![node.js][]][node.js]

### 多线程和单线程 ###

Node.js 他用的是JavaScript引擎，那么注定它是单线程 ，使用异步方法开辟多个任务，无需像php等待上个任务线程使用结束之后给下个使用；PHP也是单线程但是它借用Apache服务器提供多线程服务。  
[![运行机制对比][php-4.png]][php-4.png]

### 在高并发、大数据量时处理方式不同 ###

php： 优化sql，用组件，用缓存，为了让线程尽快结束，进行下一次任务（上下衔接依次执行）；  
node：单线程、异步、事件驱动。因为运行速度很快并不会等待，所以如果后面用到前面返回的结果，就需要把后面的封装起来，作为一个回调函数执行。  
[![高并发时处理对比][php-5.png]][php-5.png]

[\# PHP][PHP 2]

参考文献：

[https://seminelee.github.io/2017/11/19/php/][https_seminelee.github.io_2017_11_19_php]

[PHP]: /images/20220318/7bd8b52a6b4a44f4a4c14bf95e14fb55.png
[PHP 1]: /images/20220318/a74f67982c35440ea9f9ed79d0855502.png
[PHP_apache]: /images/20220318/830bf80cd40b4542aed6730474b0ea70.png
[node.js]: /images/20220318/a6b4d76968ea46f5b3ac8d24be68a306.png
[php-4.png]: /images/20220318/ae830ae427144688823e24ada16b04c6.png
[php-5.png]: /images/20220318/c9d722e29b0e48cbb373c5393d86fa5a.png
[PHP 2]: https://seminelee.github.io/tags/PHP/
[https_seminelee.github.io_2017_11_19_php]: https://seminelee.github.io/2017/11/19/php/