用PHP實現高併發伺服器

church1117發表於2019-03-25
PHP伺服器

一提到高併發，就沒有辦法繞開I/O複用，再具體到特定的平臺linux, 就沒辦法繞開epoll. epoll為啥高效的原理就不講了，感興趣的同學可以自行搜尋研究一下。

php怎麼玩epoll？首先得安裝個libevent庫，再裝個event擴充套件或者libevent擴充套件就可以愉快地玩耍了.

有些人搞不清楚libevent庫跟libevent擴充套件的區別，簡單來說，libevent庫是C語言對epoll的封裝，跟PHP毛關係都沒有；libevent擴充套件就是PHP跟libevent庫的溝通橋樑。實際上PHP的很多擴充套件就是幹這個事的，有一些優秀的C語言庫，PHP想直接拿來用，就通過PHP擴充套件的方式接入到PHP。

libevent擴充套件和event擴充套件隨便選一個裝，我個人更喜歡event擴充套件，因為更物件導向一點。自己去http://pecl.php.net裡面搜跟自己PHP版本對應的擴充套件，下好編譯安裝一下就OK了.電腦裝了多個版本的PHP編譯的時候注意一下，phpize的版本要對應上，別搞錯了，典型的五步曲:

phpize
./configure
make
make install
php -m | grep event #看看裝上了沒
複製程式碼

我們要實現的伺服器，傳輸層是TCP協議，應用層協議太多太複雜，限於篇幅，會簡單地以HTTP伺服器舉個例子，HTTP協議本身就很複雜，要實現起來細節上有很多考究，我們也不會完全實現HTTP協議。

首先，建立一個socket，三步曲，socket_create、socket_bind、socket_listen，為什麼是這三步曲呢？很簡單，不管你傳輸層協議是啥，你下面的網路層協議你得選個版本吧，IPV4還是IPV6，傳輸層工作方式你得選一個吧，全雙工、半雙工還是單工，TCP還是UDP你也得選一個吧，socket_create就是這三個選項；確定了網路層和傳輸層，你得告訴我監聽哪個埠吧，這就對應了socket_bind；然後你得開啟監聽，並指定一個客戶端的佇列長度吧，這就是socket_listen乾的事。

建立完了，同步阻塞我們就不介紹了，一個程式同時最多hold處一個連線，多幾個連線同時請求，就得等唄，超過了socket_listen指定的佇列長度，就得返回504了。多程式也一樣，幾個程式就有幾個併發，程式又是昂貴資源，而且程式的上下文切換費時費力，導致整個系統效率低下。

沒關係，我們有epoll，hold住萬千請求不是夢，先實現一個Reactor。libevent庫就是Reactor模式，直接呼叫函式就是在使用Reactor模式，所以無需糾結到底php怎麼實現Reactor模式。

<?php

use Event;
use EventBase;

class Reactor
{
    protected $reactor;

    protected $events;

    public static $instance = null;

    const READ = Event::READ | Event::PERSIST;

    const WRITE = Event::WRITE | Event::PERSIST;

    public static function getInstance()
    {
        if (is_null(self::$instance)) {
            self::$instance = new self();
            self::$instance->reactor = new EventBase;
        }

        return self::$instance;
    }

    public function add($fd, $what, $cb, $arg = null)
    {
        switch ($what) {
            case self::READ:
                $event = new Event($this->reactor, $fd, self::READ, $cb, $arg);
                break;
            case self::WRITE:
                $event = new Event($this->reactor, $fd, self::WRITE, $cb, $arg);
                break;
            default:
                $event = new Event($this->reactor, $fd, $what, $cb, $arg);
                break;
        }

        $event->add();
        $this->events[(int) $fd][$what] = $event;
    }

    public function del($fd, $what = 'all')
    {
        $events = $this->events[(int) $fd];
        if ($what == 'all') {
            foreach ($events as $event) {
                $event->free();
            }
        } else {
            if ($what != self::READ && $what != self::WRITE) {
                throw new \Exception('不存在的事件');
            }

            $events[$what]->free();
        }
    }

    public function run()
    {
        $this->reactor->loop();
    }

    public function stop()
    {
        foreach ($this->events as $events) {
            foreach ($events as $event) {
                $event->free();
            }
        }
        $this->reactor->stop();
    }
}
複製程式碼

上面的程式碼很簡單，簡單解釋一下概念，EventBase就是個容器，裡面裝的Event例項，這麼一說，上面的程式碼就非常好懂了。 然後一個Server.

<?php 

use Throwable;
use Monolog\Handler\StreamHandler;

class Server
{
	protected $ip;

	protected $port;

	protected $socket;

	protected $reactor;

	public function __construct($ip, $port)
	{
		$this->ip = $ip;
		$this->port = $port;
	}

	public function start()
	{
	    $socket = $this->createTcpConnection();
	    stream_set_blocking($socket, false);

	    Reactor::getInstance()->add($socket, Reactor::READ, function($socket) {
                $conn = stream_socket_accept($socket);
                stream_set_blocking($conn, false);
                (new Connection($conn))->handle();
        });

            Reactor::getInstance()->run();
	}

	public function createTcpConnection()
	{
		$schema = sprintf("tcp://%s:%d", $this->ip, $this->port);
		$socket = stream_socket_server($schema, $errno, $errstr);

		if ($errno) {
			throw new \Exception($errstr);
		}

		return $socket;
	}
}
複製程式碼

Connection

<?php

class Connection
{
    protected $conn;

    protected $read_buffer = '';

    protected $write_buffer = '';

    public function __construct($conn)
    {
        $this->conn = $conn;
    }

    public function handle()
    {
        Reactor::getInstance()->add($this->conn, Reactor::READ, \Closure::fromCallable([$this, 'read']));
    }

    private function read($conn)
    {
        $this->read_buffer = '';
        if (is_resource($conn)) {
            while ($content = fread($conn, 65535)) {
                $this->read_buffer .= $content;
            }
        }

        if ($this->read_buffer) {
            Reactor::getInstance()->add($conn, Reactor::WRITE, \Closure::fromCallable([$this, 'write']));
        } else {
            Reactor::getInstance()->del($conn);
            fclose($conn);
        }
    }

    private function write($conn)
    {
        if (is_resource($conn)) {
            fwrite($conn, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html;charset=utf8\r\nContent-Length:11\r\nConnection: keep-alive\r\n\r\nHello!world");
        }
    }

}
複製程式碼

先建立Socket的三步曲，設定成非阻塞模式。然後把socket加到Reactor中監聽可讀事件，可讀的意思就是，緩衝區有資料了，才可讀。可讀事件發生，說明有新連線來了，用stream_socket_accept接收新連線Conn，把Conn放到Reactor中監聽可讀事件，可讀事件發生，說明客戶端有資料傳送過來了，迴圈讀直到沒資料，然後把Conn放到Reactor中監聽可寫事件，可寫事件發生，說明客戶端資料傳送完了，把協議組裝一下寫入響應。

應用層如果是HTTP協議要注意一下Connection: keep-alive頭，因為要複用連線，不要一寫完就關閉連線。

擼完收工，用ab測一下併發，加-k引數複用連線，i5+8G，3W的併發沒啥問題，當然我們這兒沒有磁碟I/O，實際情況要從磁碟讀取檔案，讀檔案要通過linux的系統呼叫，而且有幾次的檔案拷貝操作，花銷比較大，常用的解決思路是sendfile，零拷貝直接從一個FD到另一個FD，效率比較高，缺點就是PHP沒有現成的已經實現sendfile的擴充套件，得自己動手，開發成本有點高。

ab測試PO圖：

用PHP實現高併發伺服器

這就是PHP實現高併發伺服器的思路了，只要是用EPOLL解決的，思路都一樣，都是三步曲，放到Reactor下監聽FD事件。當然這個只是最簡單的模型，還有很多可以改進的地方，比如說多程式，抄襲一下nginx，一個主程式+N個工作程式，多程式的目的還是想利用多核並行工作。C語言實現也是這樣，只是你可能不用libevent庫，自己封裝EPOLL,畢竟libevent庫有點重，你也用不到libevent的很多東西；當然了，C語言有一堆的資料結構以及定義在資料結構上的操作要寫，沒有GC，自己管理記憶體，還要有良好的設計，上多程式還得搞一搞IPC程式間通訊的東西，開發難度比PHP要大地多，開發週期也很長，有興趣的同學可以自己擼一個玩。

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