php非同步程式設計

月球人simon發表於2019-02-16
PHP非同步程式設計

前言

我對 php 非同步的知識還比較混亂，寫這篇是為了整理，可能有錯。

傳統的 php-fpm 一個程式執行一個請求，要達到多少併發，就要生成多少個程式。更糟糕的是每次請求都需要重新編譯執行，導致併發一直上不來。因此出現了 Swoole 和 WorkerMan 兩個國內流行的常駐記憶體框架[1]。這兩個框架原理都是通過事件迴圈，讓程式一直停留在記憶體，等待外部請求，達到高併發。

為什麼需要非同步

先來看一個例子

在工作目錄下新建檔案 slowServer.php

<?php
sleep(5); // 5秒後才能返回請求
echo `done`;

開啟服務

$ php -S localhost:8081 slowServer.php

開另一個終端，安裝依賴

$ pecl install event # 安裝 event 擴充套件
$ composer require workerman/workerman
$ composer require react/http-client:^0.5.9

新建檔案 worker.php

require_once __DIR__ . `/vendor/autoload.php`;
use WorkermanWorker;
use WorkermanConnectionAsyncTcpConnection;
use AmpArtaxResponse;

$http_worker = new Worker("http://0.0.0.0:8082");

$http_worker->count = 1; // 只開一個程式

$http_worker->onMessage = function($connection, $host) {
    echo 1;
    $data = file_get_contents(`http://localhost:8081`);
    $connection->send($data);
};

Worker::runAll();

開啟伺服器

php worker.php start

在瀏覽器開啟兩個標籤，都開啟網址 http://localhost:8082 。這時可以看到終端輸出“1”，過了一會兒又輸出“1”，原因是8081伺服器在處理第一個請求的時候阻塞在了等待8081返回之中，等第一個請求結束後，才開始處理第二個請求。也就是說請求是一個一個執行的，要達到多少個併發，就要建立多少個程式，跟 php-fpm 一樣。現在修改一下程式碼

$http_worker->onMessage = function($connection, $host) {
    echo 1;
    $loop    = Worker::getEventLoop();
    $client  = new ReactHttpClientClient($loop);
    $request = $client->request(`GET`, `http://localhost:8081`);
    $request->on(`error`, function(Exception $e) use ($connection) {
        $connection->send($e);
    });
    $request->on(`response`, function ($response) use ($connection) {
        $response->on(`data`, function ($data) use ($connection) {
            $connection->send($data);
        });
    });
    $request->end();
};

現在開啟服務，再在瀏覽器發起請求，發現第二個“1”在請求後就馬上輸出了，而這時第一個請求還沒結束。這表明程式不再阻塞，併發量取決於 cpu 和 記憶體，而不是程式數。

為什麼需要非同步

通過上面的例子已經很明白了，reactphp 框架通過把 http 請求變成非同步，讓 onMessage 函式變成非阻塞，cpu 可以去處理下一個請求。即從 cpu 迴圈等待 8081 返回，變成了 epoll 等待。

非同步的意義在於把 cpu 從 io 等待中解放出來，可以處理其他計算任務。 如果你想知道怎麼用框架實現非同步，看到這裡就可以了。WorkerMan 配合 ReactPHP 或者自身的 AsyncTcpConnection 已經可以滿足很多 io 請求非同步化的需求。下面繼續討論這些框架是怎麼做到非同步的。

哪些地方應該被做成非同步

通過上面的例子已經知道一旦執行到不需要 cpu，但是要等待 io 的時候，應該把 io 的過程做成非同步。

實現事件迴圈

上面的例子是通過 reactphp 把 http 請求變成了非同步，其實 WorkerMan 框架本身也是非同步的，下面來看看 WorkerMan 是怎麼使 onMessage 函式可以非同步接受請求。先來新建下面這個檔案 react.php

<?php
$context = stream_context_create();
$socket = stream_socket_server(`tcp://0.0.0.0:8081`, $errno, $errmsg, STREAM_SERVER_BIND | STREAM_SERVER_LISTEN,$context); // 註冊一個 fd（file descriptor)

function react($socket){
    $new_socket = stream_socket_accept($socket, 0, $remote_address);
    echo 1;
}

$eventBase = new EventBase();
$event = new Event($eventBase, $socket, Event::READ | Event::PERSIST, `react`, $socket); // 註冊一個事件，檢測 fd 有沒有寫入內容
$event->add();
$eventBase->loop(); // 開始迴圈

開始執行

$ php react.php

在另一個終端執行

telnet 127.0.0.1 8081

這時就會看到第一個終端輸出`1`。

我之前寫過一篇文章《php使用epoll》，是這篇文章的基礎。那篇文章裡事件回撥是通過定時來實現，即

$event->add($seconds);

而這裡，事件回撥是通過檢測 fd 是否有寫入內容來實現，這個過程不需要 cpu 參與。當 fd 有內容寫入時，會調函式 `react`，這時開始使用 cpu。如果這時候程式執行另一個非同步請求，比如用 reactphp 框架請求一個網頁，那麼程式會讓出 cpu，此時如果有另一個請求進來，就可以回撥執行另一個 `react` 函式。由此提高了併發量。

協程

生成器 Generater

這是生成器的 PHP 官方文件 http://php.net/manual/zh/lang…

<?php
function gen_one_to_three() {
    for ($i = 1; $i <= 3; $i++) {
        //注意變數$i的值在不同的yield之間是保持傳遞的。
        yield $i;
    }
}

$generator = gen_one_to_three();
foreach ($generator as $value) {
    echo "$value
";
}

生成器就是每次程式執行到 yield 的時候儲存狀態，然後返回 $i，是否繼續執行 gen_one_to_three 裡的迴圈，取決於主程式是否繼續呼叫

什麼是協程

上面的程式另一種寫法是

<?php
$i = 1;
function gen_one_to_three() {
    global $i;
    if ($i<=3){
        return $i++;
    }
}

while ($value = gen_one_to_three()) {
    echo "$value
";
}

由此可見，協程就是一種對函式的封裝，使其變成一種可以被中斷的函式，行為更像是子程式或子執行緒，而不是函式。協程的具體寫法這裡不細寫，因為協程的寫法十分複雜，可能需要再做一層封裝才能好用。

協程與非同步

既然協程可以被中斷，那麼只要在程式發起請求後發起事件迴圈，然後用 yield 返回，然後程式繼續執行主程式部分，等事件返回後觸發函式，執行 Generatot::next() 或 Generator::send() 來繼續執行協程部分。封裝好後就好像沒有非同步回撥函式一樣，和同步函式很像。

現在已經有 ampphp 和 swoole 兩個框架封裝了協程，有興趣可以瞭解一下。

  1. 國外還有 https://amphp.org 和 https://reactphp.org 這兩個框架

部落格地址：http://b.ljj.pub

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