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PHP 是一種適用于 web 開發(fā)的腳本語言，可以將它看做是一個用C語言實現(xiàn)的包含大量組件的軟件框架。
了解 PHP 的底層實現(xiàn)，有助于我們更好的運用它，優(yōu)化我們程序的性能，從而實現(xiàn)更加強大的功能。
PHP 的設(shè)計理念及特點
PHP 被設(shè)計為一種適用于 Web 開發(fā)的動態(tài)腳本語言，底層完全由C語言實現(xiàn)，它具備以下特點。
- 解釋型：程序一行一行的邊解釋邊運行；
- 弱類型：和 C/C++、JAVA、C# 等語言不同，PHP 是一種弱類型的語言。定義 PHP 變量時不用指明它的類型，它的類型根據(jù)賦值的數(shù)據(jù)自動調(diào)整；另外，一個變量的類型也不是一成不變的，在運行過程中可以給變量賦值不同類型的數(shù)據(jù)，從而修改變量的類型。這種機制的靈活性在 Web 開發(fā)中非常方便和高效；
- 多進程模型：由于 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(wù)造成影響；當(dāng)然，隨著時代發(fā)展，PHP 也已經(jīng)支持了多線程模型；
- 使用引擎（Zend） + 組件（ext）的模式降低內(nèi)部耦合；
- 中間層（sapi）隔絕 web server 和 PHP。
PHP 的四層體系
PHP 的核心架構(gòu)如下圖所示：
圖1：PHP的核心架構(gòu)
從上圖可以看出，PHP 從下到上是可以分為 4 層：
1) Zend 引擎（核心）
Zend 引擎整體用C語言實現(xiàn)，是 PHP 的內(nèi)核部分，它負責(zé)將 PHP 代碼翻譯（詞法、語法解析等一系列編譯過程）為可執(zhí)行的 opcode 操作碼，并實現(xiàn)相應(yīng)的處理方法、基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如 hashtable、oo）、內(nèi)存分配及管理、提供相應(yīng)的 API 方法供外部調(diào)用。
Zend 是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞 Zend 實現(xiàn)。
2) Extensions（擴展）
圍繞著 Zend 引擎，Extensions 通過組件化的方式提供各種基礎(chǔ)服務(wù)，我們常見的各種內(nèi)置函數(shù)（例如變量操作函數(shù)、字符串操作函數(shù)等）以及標(biāo)準(zhǔn)庫等都是通過 Extensions 來實現(xiàn)。
用戶也可以根據(jù)需要實現(xiàn)自己的 Extension 組件以達到功能擴展、性能優(yōu)化等目的，這就是高手常說的“編寫 PHP 擴展”。
3) SAPI（服務(wù)器應(yīng)用程序編程接口）
SAPI 全稱是 Server Application Programming Interface，譯為“服務(wù)器應(yīng)用程序編程接口”。
SAPI 通過一系列鉤子函數(shù)，使得 PHP 可以和外圍交互數(shù)據(jù)，這是 PHP 非常優(yōu)雅和成功的一個設(shè)計，通過 SAPI 成功的將 PHP 本身和上層應(yīng)用解耦隔離，PHP 可以不再考慮如何針對不同應(yīng)用進行兼容，而應(yīng)用本身也可以針對自己的特點實現(xiàn)不同的處理方式。
4) Application（上層應(yīng)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(yīng)用模式，例如通過 Web 服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)站后臺、在命令行下以腳本方式運行等。
總結(jié)
如果將 PHP 看作一輛汽車，那么車的框架就是 PHP 本身，Zend 是車的引擎（發(fā)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(zhí)行就是汽車真正跑在公路上。
要想讓汽車跑得快，性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪+正確的跑道都是缺一不可的。
PHP 常見的運行模式
SAPI 即服務(wù)器應(yīng)用程序編程接口，是 PHP 與其他應(yīng)用交互的接口，PHP 腳本要執(zhí)行有很多方式，比如通過 Web 服務(wù)器、命令行下或者嵌入在其他程序中。
SAPI 提供了一個和外部通信的接口，常見的 SAPI 有：cgi、fast-cgi、cli、apache 模塊的 DLL、isapi 等。
CGI
CGI 即通用網(wǎng)關(guān)接口（Common Gateway Interface），它是一段程序，通俗的講 CGI 就象是一座橋，把網(wǎng)頁和 WEB 服務(wù)器中的執(zhí)行程序連接起來，它把 HTML 接收的指令傳遞給服務(wù)器的執(zhí)行程序，再把服務(wù)器執(zhí)行程序的結(jié)果返還給 HTML。
CGI 的跨平臺性能極佳，幾乎可以在任何操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。
CGI 在遇到連接請求后，會先要創(chuàng)建 CGI 的子進程，激活一個 CGI 進程，然后處理請求，處理完后結(jié)束這個子進程，這就是 fork-and-execute 模式。
綜上所述，使用 CGI 方式的服務(wù)器有多少連接請求就會有多少 CGI 子進程，子進程反復(fù)加載 會導(dǎo)致 CGI 性能低下。當(dāng)用戶請求數(shù)量非常多時，會大量擠占系統(tǒng)的資源，如內(nèi)存、CPU 時間等，造成性能低下。
FastCGI
fast-cgi 是 CGI 的升級版本，F(xiàn)astCGI 像是一個常駐（long-live）型的 CGI，它激活后可以一直執(zhí)行著。
FastCGI 的工作原理：
- Web Server 啟動時載入 FastCGI 進程管理器（IIS ISAPI 或 Apache Module）；
- FastCGI 進程管理器自身初始化，啟動多個 CGI 解釋器進程（可見多個 php-cgi）并等待來自 Web Server 的連接；
- 當(dāng)客戶端請求到達 Web Server 時，F(xiàn)astCGI 進程管理器選擇并連接到一個 CGI 解釋器。Web server 將 CGI 環(huán)境變量和標(biāo)準(zhǔn)輸入發(fā)送到 FastCGI子進程 php-cgi；
- FastCGI 子進程完成處理后將標(biāo)準(zhǔn)輸出和錯誤信息從同一連接返回 Web Server。當(dāng) FastCGI 子進程關(guān)閉連接時，請求便處理完成了。FastCGI 子進程接著等待并處理來自 FastCGI 進程管理器（運行在 Web Server 中）的下一個連接。 在 CGI 模式中，php-cgi 在此便退出了。
APACHE2HANDLER
PHP 作為 Apache 的模塊，Apache 服務(wù)器在系統(tǒng)啟動后，預(yù)先生成多個進程副本駐留在內(nèi)存中，一旦有請求出現(xiàn)，就立即使用這些空余的子進程進行處理，這樣就不存在生成子進程造成的延遲了。這些服務(wù)器副本在處理完一次 HTTP 請求之后并不立即退出，而是停留在計算機中等待下次請求。對于客戶瀏覽器的請求反應(yīng)更快，性能較高。
apache 模塊的 DLL
該運行模式是我們以前在 windows 環(huán)境下使用 apache 服務(wù)器經(jīng)常使用的，而在模塊化（DLL）中，PHP 是與 Web 服務(wù)器一起啟動并運行的。（是 apache 在 CGI 的基礎(chǔ)上進行的一種擴展，可以加快 PHP 的運行效率）
ISAPI
ISAPI 即 Internet Server Application Program Interface，是微軟提供的一套面向 Internet 服務(wù)的 API 接口。一個 ISAPI 的 DLL，可以在被用戶請求激活后長駐內(nèi)存，等待用戶的另一個請求，還可以在一個 DLL 里設(shè)置多個用戶請求處理函數(shù)，此外 ISAPI 的 DLL 應(yīng)用程序和 WWW 服務(wù)器處于同一個進程中，效率要顯著高于 CGI。
CLI
CLI（全稱：command-line interface）命令行界面，是在圖形用戶界面得到普及之前使用最為廣泛的用戶界面，它通常不支持鼠標(biāo)，用戶通過鍵盤輸入指令，計算機接收到指令后，予以執(zhí)行。也有人稱之為字符用戶界面（CUI）。
PHP 的執(zhí)行流程和 opcode
我們再來看看 PHP 代碼執(zhí)行所經(jīng)過的流程。
圖2：PHP 的執(zhí)行流程
一段PHP代碼會經(jīng)過詞法解析、語法解析等階段，會被翻譯成一個個指令（opcode），然后 zend 虛擬機會順序執(zhí)行這些指令。PHP 本身是用C語言實現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也是C語言的函數(shù)，實際上我們可以把 PHP 看做一個C語言開發(fā)的軟件。
PHP 執(zhí)行的核心就是翻譯出來的一條一條指令，也就是 opcode，opcode 是 PHP 程序執(zhí)行的最基本單位。
在計算機科學(xué)領(lǐng)域中，操作碼（Operation Code）被用于描述機器語言指令中，指定要執(zhí)行某種操作的那部分機器碼，構(gòu)成 opcode 的指令格式和規(guī)范由處理器的指令規(guī)范指定。
一個 opcode 由兩個參數(shù)（op1，op2）、返回值和處理函數(shù)組成。PHP 程序最終被翻譯為一組 opcode 處理函數(shù)的順序執(zhí)行。
下面列舉了幾個常見的處理函數(shù)：
- ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變量分配 （$a=$b）；
- ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函數(shù)調(diào)用；
- ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 $a.$b；
- ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算 $a+2；
- ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 $a==1；
- ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 $a===1。
HashTable
HashTable是Zend的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在PHP里面幾乎并用來實現(xiàn)所有常見功能，我們知道的PHP數(shù)組即是其典型應(yīng)用，此外在zend內(nèi)部，如函數(shù)符號表、全局變量等也都是基于HashTable。
HashTable具有如下特點：
- 支持典型的key->value查詢；
- 可以當(dāng)做數(shù)組使用；
- 添加、刪除節(jié)點是O（1）復(fù)雜度；
- key支持混合類型，同時存在關(guān)聯(lián)數(shù)組合索引數(shù)組；
- Value支持混合類型：array("string",2332)；
- 支持線性遍歷，如 foreach。
Zval
由于PHP 是一門弱類型語言，本身不嚴格區(qū)分變量的類型。PHP 在聲明變量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式轉(zhuǎn)換。和其他強類型語言一樣，程序中也可以進行顯式的類型轉(zhuǎn)換。Zval 是 Zend 中另一個非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來標(biāo)識并實現(xiàn) PHP 變量。
Zval 主要由以下 3 部分組成。
- Type：指定了變量所述的類型（整數(shù)、字符串、數(shù)組等）；
- refcount&is_ref：用來實現(xiàn)引用計數(shù)；
- value：是核心部分，存儲了變量的實際數(shù)據(jù)。
Zval 用來保存一個變量的實際數(shù)據(jù)。因為要存儲多種類型，所以 zval 是一個 union，也由此實現(xiàn)了弱類型。
引用計數(shù)在內(nèi)存回收、字符串操作等地方使用得非常廣泛。PHP 中的變量就是引用計數(shù)的典型應(yīng)用。Zval 的引用計數(shù)通過成員變量 is_ref 和 ref_count 實現(xiàn)。通過引用計數(shù)，多個變量可以共享同一份數(shù)據(jù)，避免頻繁復(fù)制帶來的大量消耗。
在進行賦值操作時，Zend 將變量指向相同的 Zval，同時 ref_count++，在 unset 操作時，對應(yīng)的 ref_count-1。只有 ref_count 為 0 時才會真正執(zhí)行銷毀操作。如果是引用賦值，Zend 就會修改 is_ref 為 1。
PHP 變量通過引用計數(shù)實現(xiàn)變量共享數(shù)據(jù)，當(dāng)試圖寫入一個變量時，Zend 若發(fā)現(xiàn)該變量指向的 Zval 被多個變量共享，則為其復(fù)制一份 ref_count 為 1 的 Zval，并遞減原 Zval 的 refcount，這個過程稱為“Zval分離”?？梢姡挥性谟袑懖僮靼l(fā)生時，Zend 才進行復(fù)制操作，因此也叫 copy-on-write（寫時復(fù)制）。
對于引用型變量，其要求和非引用型相反，引用賦值的變量間必須是捆綁的，修改一個變量就修改了所有捆綁變量。
文章名稱：PHP運行原理和機制
標(biāo)題網(wǎng)址：http://fisionsoft.com.cn/article/dhidepi.html
