IT技术

学PHP可以从底层的运行机制与原理开始

时间:2019-03-18 19:35 来源:码农程序

本公众号只做学习分享,本公众号会不定期的给大家分享视频教学教程,项目源码,文章最新动态等,感谢大家的支持!


抖音号startphp

用短视频和大家分享PHP学习方法,学习技巧与经验分享,

欢迎关注抖音号:startphp


教程力荐

文章内容

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语言实现包含大量组件模块的软件框架。是一个强大的UI框架。

简言之;PHP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,因此最终调用的也是C的函数,实际上,我们可以把PHP看做一个C开发的软件。

一.PHP的设计理念及特点

1、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,目前PHP也早支持多线程模型

2、弱类型语言:和C/C++、JAVA、C#等语言不同,PHP是一种弱类型的语言。一个变量的类型并不是一开始就确定不变的,运行中才会确定并可能发生隐式或显示的类型转换,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。

3、引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。

4、中间层(sapi )Sapi全称是Server Application Programming Interface 隔绝web server和PHP。

5、语法简单灵活,没有太多规范。缺点导致风格混杂。

二、PHP的四层体系

PHP的核心架构如下图:(我自己根据网上的图有PS了下;比较形象了;www.daokr.com 是我的个人网站;准备运营一个PHP开源项目;之前的www.ikphp.com我是网站长)

PHP从下倒上是一个4层体系:

1、Zend引擎:Zend整体用纯C实现,是PHP的内核部分,他将PHP代码翻译(词法、语法解析等一系列编译过程)为可执行opcode的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)、内存分配机制及管理、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。

2、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(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的典型应用)。

3、Sapi:Sapi全称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。

4、上层应用:这就是我们平时编写的PHP程序,通过不同的spai方式得到各种各样的应用模式,如何通过webserver实现web应用、在命令行下已脚本方式运行等等。

我们需要:性能优异的引擎(Zend)+合适的车轮(Ext)+正确的跑道(Sapi)。

 

三、Sapi

Sapi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,我们常见一些sapi有:

1、apache2handler:这是以apache作为webserver,采用mod_PHP模式运行时候的处理方式,也是现在应用最广泛的一种。

2、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fastcgi+PHP得到越来越多的应用,也是异步webserver所唯一支持的方式;典型应用nginx服务器;fastcgi 说白点就是 php的一个扩展

 

3、cli:命令行调用的应用模式

命令行界面(英语:command-line interface,缩写:CLI)是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面,它通常不支持鼠标,用户通过键盘输入指令,计算机接收到指令后,予以执行。也有人称之为字符用户界面(CUI)。
通常认为,命令行界面(CLI)没有图形用户界面(GUI)那么方便用户操作。因为,命令行界面的软件通常需要用户记忆操作的命令,但是,由于其本身的特点,命令行界面要较图形用户界面节约计算机系统的资源。在熟记命令的前提下,使用命令行界面往往要较使用图形用户界面的操作速度要快。所以,图形用户界面的操作系统中,都保留着可选的命令行界面。

四、PHP的执行流程&opcode

 

PHP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,因此最终调用的也是C的函数,实际上,我们可以把PHP看做一个C开发的软件。

PHP的执行的核心是翻译出来的一条一条指令,也是opcode。

Opcode是PHP程序执行的最基本单位。

在计算机科学领域中,操作码(Operation Code, OPCode)被用于描述机器语言指令中,指定要执行某种操作的那部分机器码,构成OPCode的指令格式和规范由处理器的指令规范指定。

一个opcode由两个参数(op1,op2)、返回值和处理函数组成。PHP程序最终被翻译为一组opcode处理函数的顺序执行。

常见的几个处理函数:

ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配 ($a=$b
ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER:函数调用
ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER:字符串拼接 $a.$b
ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算 $a+2
ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST:判断相等 $a==1
ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST:判断相等 $a===1


五、HashTable——核心数据结构

HashTable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具有如下特点:

1、支持典型的key->value查询

2、可以当做数组使用

3、添加、删除节点是O(1)复杂度

4、key支持混合类型:同时存在关联数组合索引数组

5、Value支持混合类型:array("string",2332)

6、支持线性遍历:如foreach

Zend hash table实现了典型的hash表散列结构,同时通过附加一个双向链表,提供了正向、反向遍历数组的功能。其结构如下图:

 

 

可以看到:在hash table中既有key->value形式的散列结构,也有双向链表模式,使得它能够非常方便的支持快速查找和线性遍历。

1、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。

2、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。PHP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。):

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;


4、PHP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

六、PHP变量

PHP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

Zval主要由三部分组成:

Zvalue是用来保存一个变量的实际数据。因为要存储多种类型,所以zvalue是一个union,也由此实现了弱类型。

PHP变量类型和其实际存储对应关系如下:

    常见的字符串拼接方式及速度比较:假设有如下4个变量:$strA=‘123’; $strB = ‘456’; $intA=123; intB=456;

现在对如下的几种字符串拼接方式做一个比较和说明:

$res = $strA.$strB和$res = “$strA$strB”
这种情况下,zend会重新malloc一块内存并进行相应处理,其速度一般
$strA = $strA.$strB
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
$res = $intA.$intB
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
$strA = sprintf (“%s%s”,$strA.$strB);
这会是最慢的一种方式,因为sprintf在PHP中并不是一个语言结构,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内存。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。  

在zval中,对于resource,lval作为指针来使用,直接指向资源所在的地址。Resource可以是任意的复合结构,我们熟悉的mysqli、fsock、memcached等都是资源。

如何使用资源:


以上是文章的全部内容,有需要交流与学习的,可以加小妹为好友,一起学习与交流,有技术上的问题也可以咨询,只要我懂!我们一起加油


标签: 原理底层PHP运行机制

热门资讯