@@ -4,13 +4,16 @@ 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
44
55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、框架模型值得我们借鉴,通过扩展开发实现更多更强大的功能,优化我们程序的性能。
66
7- 1 . PHP的设计理念及特点
7+ ### ** PHP的设计理念及特点**
8+
89多进程模型:由于PHP是多进程模型,不同请求间互不干涉,这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响。当然,随着时代发展,PHP也早已支持多线程模型。
910弱类型语言:和C/C++、Java、C#等语言不同,PHP是一门弱类型语言。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,这种机制的灵活性在web开发中非常方便、高效,具体会在后面PHP变量中详述。
1011引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。
1112中间层(sapi)隔绝web server和PHP。
1213语法简单灵活,没有太多规范。缺点导致风格混杂,但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。
13- 2 . PHP的四层体系
14+
15+ ### PHP的四层体系
16+
1417PHP的核心架构如下图:
1518
1619php-core
@@ -21,22 +24,40 @@ php-core
2124
2225从图上可以看出,PHP从下到上是一个4层体系:
2326
24- 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)为可执行opcode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。
25- Extensions:围绕着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(如array系列)、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)。
26- Sapi:Sapi全称是Server Application Programming Interface,也就是服务端应用编程接口,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本身和上层应用解耦隔离,PHP可以不再考虑如何针对不同应用进行兼容,而应用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理方式。
27- Application:这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,如通过webserver实现web应用、在命令行下以脚本方式运行等等。
27+ 1 . Zend引擎:
28+
29+ 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)为可执行opcode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。
30+
31+ 2 . Extensions:
32+
33+ 围绕着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(如array系列)、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)。
34+
35+ 3 . Sapi:
36+
37+ Sapi全称是Server Application Programming Interface,也就是服务端应用编程接口,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本身和上层应用解耦隔离,PHP可以不再考虑如何针对不同应用进行兼容,而应用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理方式。
38+
39+ 4 . Application:
40+
41+ 这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,如通过webserver实现web应用、在命令行下以脚本方式运行等等。
42+
2843如果PHP是一辆车,那么车的框架就是PHP本身,Zend是车的引擎(发动机),Ext下面的各种组件就是车的轮子,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程序的执行就是汽车跑在公路上。因此,我们需要:性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。
2944
30- 3 . Sapi
31- 如前所述,Sapi通过通过一系列的接口,使得外部应用可以和PHP交换数据,并可以根据不同应用特点实现特定的处理方法,我们常见的一些sapi有:
45+ ### SAPI
46+
47+ 如前所述,SAPI通过通过一系列的接口,使得外部应用可以和PHP交换数据,并可以根据不同应用特点实现特定的处理方法,我们常见的一些sapi有:
48+
49+ ** apache2handler** :这是以apache作为webserver,采用mod_PHP模式运行时候的处理方式。
50+ ** 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,在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的应用,也是异步webserver所唯一支持的方式。
51+ ** cli** :命令行调用的应用模式
52+
3253
33- apache2handler:这是以apache作为webserver,采用mod_PHP模式运行时候的处理方式。
34- 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,在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的应用,也是异步webserver所唯一支持的方式。
35- cli:命令行调用的应用模式
36- 4 . PHP的执行流程&opcode
37- 我们先来看看PHP代码的执行所经过的流程。
3854
39- ![ img] ( https://www.awaimai.com/wp-content/uploads/2016/02/2011_09_20_02.jpg )
55+ ### PHP的执行流程&opcode
56+
57+
58+ 我们先来看看PHP代码的执行所经过的流程。
59+
60+ ![ img] ( https://www.awaimai.com/wp-content/uploads/2016/02/2011_09_20_02.jpg )
4061
4162
4263从图上可以看到,PHP实现了一个典型的动态语言执行过程:拿到一段代码后,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,因此最终调用的也都是C的函数,实际上,我们可以把PHP看做是一个C开发的软件。
@@ -59,7 +80,10 @@ ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST:判断相等 $a==1
5980
6081ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST:判断相等 $a===1
6182
62- 5 . HashTable — 核心数据结构
83+
84+
85+ ### ** HashTable — 核心数据结构**
86+
6387HashTable是Zend的核心数据结构,在PHP里面几乎并用来实现所有常见功能,我们知道的PHP数组即是其典型应用,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。
6488
6589PHP的hash table具有如下特点:
@@ -78,18 +102,22 @@ Zend hash table实现了典型的hash表散列结构,同时通过附加一个
78102散列结构:Zend的散列结构是典型的hash表模型,通过链表的方式来解决冲突。需要注意的是zend的hash table是一个自增长的数据结构,当hash表数目满了之后,其本身会动态以2倍的方式扩容并重新元素位置。初始大小均为8。另外,在进行key->value快速查找时候,zend本身还做了一些优化,通过空间换时间的方式加快速度。比如在每个元素中都会用一个变量nKeyLength标识key的长度以作快速判定。
79103双向链表:Zend hash table通过一个链表结构,实现了元素的线性遍历。理论上,做遍历使用单向链表就够了,之所以使用双向链表,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,作为数组使用时,即支持常见的关联数组也能够作为顺序索引数字来使用,甚至允许2者的混合。
80104PHP关联数组:关联数组是典型的hash_table应用。一次查询过程经过如下几步(从代码可以看出,这是一个常见的hash查询过程,并增加一些快速判定加速查找。):
105+ ``` c
81106getKeyHashValue h;
82107index = n & nTableMask;
83108Bucket *p = arBucket[index];
84109while (p) {
85110 if ((p->h == h) & (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
86- RETURN p->data;
111+ return p->data;
87112 }
88113 p=p->next;
89114}
90- RETURN FALTURE;
115+ return FALTURE;
116+ ```
91117PHP索引数组:索引数组就是我们常见的数组,通过下标访问。例如 $arr[ 0] ,Zend HashTable内部进行了归一化处理,对于index类型key同样分配了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才能够实现关联和非关联的混合。由于push操作的特殊性,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; 对于double类型的key,Zend HashTable会将他当做索引key处理
92- 6 . PHP变量
118+
119+ ### PHP变量
120+
93121PHP是一门弱类型语言,本身不严格区分变量的类型。PHP在变量申明的时候不需要指定类型。PHP在程序运行期间可能进行变量类型的隐示转换。和其他强类型语言一样,程序中也可以进行显示的类型转换。PHP变量可以分为简单类型(int、string、bool)、集合类型(array resource object)和常量(const)。以上所有的变量在底层都是同一种结构 zval。
94122
95123Zval是zend中另一个非常重要的数据结构,用来标识并实现PHP变量,其数据结构如下:
@@ -118,7 +146,8 @@ PHP变量通过引用计数实现变量共享数据,那如果改变其中一
118146
119147对于引用型变量,其要求和非引用型相反,引用赋值的变量间必须是捆绑的,修改一个变量就修改了所有捆绑变量。
120148
121- 整数和浮点数
149+ ### 整数和浮点数
150+
122151整数、浮点数是PHP中的基础类型之一,也是一个简单型变量。对于整数和浮点数,在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。
123152
124153从zvalue结构中可以看出,对于整数类型,和c等强类型语言不同,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就是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。
@@ -127,7 +156,8 @@ PHP变量通过引用计数实现变量共享数据,那如果改变其中一
127156
128157在PHP中,如果整数范围越界了怎么办?这种情况下会自动转换为double类型,这个一定要小心,很多trick都是由此产生。
129158
130- 字符和字符串
159+ ### ** 字符和字符串**
160+
131161和整数一样,字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。通过zvalue结构可以看出,在PHP中,字符串是由由指向实际数据的指针和长度结构体组成,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\0),同时在PHP中,求字符串长度strlen是O(1)操作。
132162
133163在新增、修改、追加字符串操作时,PHP都会重新分配内存生成新的字符串。最后,出于安全考虑,PHP在生成一个字符串时末尾仍然会添加\0。
@@ -136,20 +166,21 @@ PHP变量通过引用计数实现变量共享数据,那如果改变其中一
136166
137167假设有如下4个变量:
138168
139- ``` php $strA = '123';
140-
141- ```
142-
169+ ``` php
170+ $strA = '123';
143171$strB = '456';
144172$intA = 123;
145173$intB = 456;
174+ ```
146175现在对如下的几种字符串拼接方式做一个比较和说明:
147176
148177// 下面两张情况,zend会重新malloc一块内存并进行相应处理,其速度一般
178+ ``` php
149179$res = $strA . $strB
150180$res = "$strA$strB"
151-
181+ ```
152182// 这种是速度最快的,zend会在当前strA基础上直接relloc,避免重复拷贝
183+ ``` php
153184$strA = $strA . $strB
154185
155186// 这种速度较慢,因为需要做隐式的格式转换,实际编写程序中也应该注意尽量避免
@@ -159,12 +190,16 @@ $res = $intA . $intB
159190// 本身对于格式识别和处理就需要耗费比较多时间,另外本身机制也是malloc。
160191// 不过sprintf的方式最具可读性,实际中可以根据具体情况灵活选择。
161192$strA = sprintf ("%s%s", $strA . $strB);
162- 数组
193+ ```
194+
195+ ### ** 数组**
196+
163197PHP的数组通过Zend HashTable来天然实现。
164198
165199foreach操作如何实现?对一个数组的foreach就是通过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组,通过foreach遍历效率比for高很多,省去了key->value的查找。count操作直接调用HashTable->NumOfElements,O(1)操作。对于 '123' 这样的字符串,zend会转换为其整数形式。$arr[ '123'] 和$arr[ 123] 是等价的。
166200
167- 资源
201+ ### ** 资源**
202+
168203资源类型变量是PHP中最复杂的一种变量,也是一种复合型结构。
169204
170205PHP的zval可以表示广泛的数据类型,但是对于自定义的数据类型却很难充分描述。由于没有有效的方式描绘这些复合结构,因此也没有办法对它们使用传统的操作符。要解决这个问题,只需要通过一个本质上任意的标识符(label)引用指针,这种方式被称为资源。
@@ -178,7 +213,8 @@ PHP的zval可以表示广泛的数据类型,但是对于自定义的数据类
178213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。因此需要用户在注册资源的时候提供销毁函数。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。
179214资源可以长期驻留,不只是在所有引用它的变量超出作用域之后,甚至是在一个请求结束了并且新的请求产生之后。这些资源称为持久资源,因为它们贯通SAPI的整个生命周期持续存在,除非特意销毁。很多情况下,持久化资源可以在一定程度上提高性能。比如我们常见的mysql_pconnect ,持久化资源通过pemalloc分配内存,这样在请求结束的时候不会释放。 对zend来说,对两者本身并不区分。
180215
181- 变量作用域
216+ ### ** 变量作用域**
217+
182218PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的?对于一个请求,任意时刻PHP都可以看到两个符号表(symbol_table和active_symbol_table),其中前者用来维护全局变量。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。通过这样的方式实现全局、局部变量的区分。
183219
184220获取变量值:PHP的符号表是通过hash_table实现的,对于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。
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