PHP底層的運行機制與原理

PHP説簡單,但是要精通也不是一件簡單的事。我們除了會使用之外,還得知道它底層的工作原理。就跟隨本站小編一起去了解下吧,想了解更多相關信息請持續關注我們應屆畢業生考試網!

PHP底層的運行機制與原理

PHP是一種適用於web開發的動態語言。具體點説,就是一個用C語言實現包含大量組件的軟件框架。更狹義點看,可以把它認為是一個強大的UI框架。

瞭解PHP底層實現的目的是什麼?動態語言要像用好首先得了解它,內存管理、框架模型值得我們借鑑,通過擴展開發實現更多更強大的功能,優化我們程序的性能。

  的設計理念及特點

多進程模型:由於PHP是多進程模型,不同請求間互不干涉,這樣保證了一個請求掛掉不會對全盤服務造成影響,當然,隨着時代發展,PHP也早已支持多線程模型。

弱類型語言:和C/C++、Java、C#等語言不同,PHP是一門弱類型語言。一個變量的類型並不是一開始就確定不變,運行中才會確定並可能發生隱式或顯式的類型轉換,這種機制的靈活性在web開發中非常方便、高效,具體會在後面PHP變量中詳述。

引擎(Zend)+組件(ext)的模式降低內部耦合。

中間層(sapi)隔絕web server和PHP。

語法簡單靈活,沒有太多規範。缺點導致風格混雜,但再差的程序員也不會寫出太離譜危害全局的程序。

  的四層體系

PHP的核心架構如下圖:

從圖上可以看出,PHP從下到上是一個4層體系:

Zend引擎:Zend整體用純C實現,是PHP的內核部分,它將PHP代碼翻譯(詞法、語法解析等一系列編譯過程)為可執行opcode的處理並實現相應的處理方法、實現了基本的數據結構(如hashtable、oo)、內存分配及管理、提供了相應的api方法供外部調用,是一切的核心,所有的外圍功能均圍繞Zend實現。

Extensions:圍繞着Zend引擎,extensions通過組件式的方式提供各種基礎服務,我們常見的各種內置函數(如array系列)、標準庫等都是通過extension來實現,用户也可以根據需要實現自己的extension以達到功能擴展、性能優化等目的(如貼吧正在使用的PHP中間層、富文本解析就是extension的典型應用)。

Sapi:Sapi全稱是Server Application Programming Interface,也就是服務端應用編程接口,Sapi通過一系列鈎子函數,使得PHP可以和外圍交互數據,這是PHP非常優雅和成功的一個設計,通過sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離,PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行兼容,而應用本身也可以針對自己的特點實現不同的'處理方式。

上層應用:這就是我們平時編寫的PHP程序,通過不同的sapi方式得到各種各樣的應用模式,如通過webserver實現web應用、在命令行下以腳本方式運行等等。

如果PHP是一輛車,那麼車的框架就是PHP本身,Zend是車的引擎(發動機),Ext下面的各種組件就是車的輪子,Sapi可以看做是公路,車可以跑在不同類型的公路上,而一次PHP程序的執行就是汽車跑在公路上。因此,我們需要:性能優異的引擎+合適的車輪+正確的跑道。

  

如前所述,Sapi通過通過一系列的接口,使得外部應用可以和PHP交換數據並可以根據不同應用特點實現特定的處理方法。

我們常見的一些sapi有:

apache2handler:這是以apache作為webserver,採用mod_PHP模式運行時候的處理方式,也是現在應用最廣泛的一種。

cgi:這是webserver和PHP直接的另一種交互方式,也就是大名鼎鼎的fastcgi協議,在最近今年fastcgi+PHP得到越來越多的應用,也是異步webserver所唯一支持的方式。

cli:命令行調用的應用模式。

  的執行流程&opcode

我們先來看看PHP代碼的執行所經過的流程。

從圖上可以看到,PHP實現了一個典型的動態語言執行過程:拿到一段代碼後,經過詞法解析、語法解析等階段後,源程序會被翻譯成一個個指令(opcodes),然後ZEND虛擬機順次執行這些指令完成操作。PHP本身是用C實現的,因此最終調用的也都是C的函數,實際上,我們可以把PHP看做是一個C開發的軟件。

PHP的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令,也即opcode。

Opcode是PHP程序執行的最基本單位。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、返回值和處理函數組成。PHP程序最終被翻譯為一組opcode處理函數的順序執行。

常見的幾個處理函數:

ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變量分配 ($a=$b)ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER:函數調用ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER:字符串拼接 $a.$bZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算 $a+2ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 $a==1ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 $a===1

  5. HashTable — 核心數據結構

HashTable是zend的核心數據結構,在PHP裏面幾乎並用來實現所有常見功能,我們知道的PHP數組即是其典型應用,此外,在zend內部,如函數符號表、全局變量等也都是基於hash table來實現。

PHP的hash table具有如下特點:

支持典型的key->value查詢

可以當做數組使用

添加、刪除節點是O(1)複雜度

key支持混合類型:同時存在關聯數組合索引數組

Value支持混合類型:array (“string”,2332)

支持線性遍歷:如foreach

Zend hash table實現了典型的hash表散列結構,同時通過附加一個雙向鏈表,提供了正向、反向遍歷數組的功能。其結構如下圖:

可以看到,在hash table中既有key->value形式的散列結構,也有雙向鏈表模式,使得它能夠非常方便的支持快速查找和線性遍歷。

散列結構:Zend的散列結構是典型的hash表模型,通過鏈表的方式來解決衝突。需要注意的是zend的hash table是一個自增長的數據結構,當hash表數目滿了之後,其本身會動態以2倍的方式擴容並重新元素位置。初始大小均為8。另外,在進行key->value快速查找時候,zend本身還做了一些優化,通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變量nKeyLength標識key的長度以作快速判定。

雙向鏈表:Zend hash table通過一個鏈表結構,實現了元素的線性遍歷。理論上,做遍歷使用單向鏈表就夠了,之所以使用雙向鏈表,主要目的是為了快速刪除,避免遍歷。Zend hash table是一種複合型的結構,作為數組使用時,即支持常見的關聯數組也能夠作為順序索引數字來使用,甚至允許2者的混合。

PHP關聯數組:關聯數組是典型的hash_table應用。一次查詢過程經過如下幾步(從代碼可以看出,這是一個常見的hash查詢過程並增加一些快速判定加速查找。):

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索引數組:索引數組就是我們常見的數組,通過下標訪問。例如 $arr[0],Zend HashTable內部進行了歸一化處理,對於index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內部成員變量nNextFreeElement就是當前分配到的最大id,每次push後自動加一。正是這種歸一化處理,PHP才能夠實現關聯和非關聯的混合。由於push操作的特殊性,索引key在PHP數組中先後順序並不是通過下標大小來決定,而是由push的先後決定。例如 $arr[1] = 2; $arr[2] = 3;對於double類型的key,Zend HashTable會將他當做索引key處理

  6. PHP變量

PHP是一門弱類型語言,本身不嚴格區分變量的類型。PHP在變量申明的時候不需要指定類型。PHP在程序運行期間可能進行變量類型的隱示轉換。和其他強類型語言一樣,程序中也可以進行顯示的類型轉換。PHP變量可以分為簡單類型(int、string、bool)、集合類型(array resource object)和常量(const)。以上所有的變量在底層都是同一種結構 zval。