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PHPの動作原理と仕組み（最下層）

不言オリジナル: 2018-04-08 10:21:291740ブラウズ

php は非常にシンプルに見えますが、php を使用できるようにするだけでなく、柔軟に使用できるように、その基本的な動作原理を知る必要もあります。 php の動作メカニズムに興味を持ってください。一緒に学びましょう

PHP の動作メカニズムについて、まず PHP にはカーネル、Zend エンジン、拡張層の 3 つのモジュールがあります。 ; PHP カーネルは、リクエスト、ファイルストリーム、およびその他の関連操作を処理するために使用され、Zend Engine (ZE) は、ソースファイルをマシン言語に変換し、それを仮想マシン上で実行するために使用されます。 PHP が特定の操作を実行するために使用する関数、クラスライブラリ、およびストリームのセット。たとえば、MySQL データベースに接続するには mysql 拡張機能が必要ですが、ZE がプログラムを実行するときに、いくつかの拡張機能に接続する必要がある場合があります。このとき、ZE は制御を拡張機能に渡し、特定のタスクの処理後に制御を返します。 ;

最後に、ZE がプログラムを実行します。結果は PHP コアに返され、PHP コアはその結果を SAPI 層に送信し、最終的にブラウザに出力します。

PHPは簡単だと言われていますが、使いこなすのは簡単ではありません。それを使用できることに加えて、その根本的な動作原理を知る必要もあります。

PHP は Web 開発に適した動的言語です。具体的には、C言語を使用して多数のコンポーネントを実装するソフトウェアフレームワークです。より狭い意味で見ると、強力な UI フレームワークと考えることができます。

PHP の基礎となる実装を理解する目的は何ですか?動的言語をうまく使用するには、まずメモリ管理とフレームワークモデルを理解する必要があります。拡張された開発を通じて、より強力な機能を実現し、プログラムのパフォーマンスを最適化できます。

1. PHP の設計概念と特徴

マルチプロセスモデル: PHP はマルチプロセスモデルであるため、1 つのリクエストの失敗が他のリクエストに影響を与えることはありません。もちろん、サービス全体としては、時代の発展に伴い、PHP はすでにマルチスレッドモデルをサポートしています。

型の弱い言語: C/C++、Java、C#、その他の言語とは異なり、PHP は型の弱い言語です。変数の型は最初は決定されず、暗黙的または明示的な型変換が行われるため、Web 開発では非常に便利で効率的です。詳細については、「変数」で説明します。に詳しく記載されています。

エンジン (Zend) + コンポーネント (ext) モードは、内部結合を軽減します。

中間層 (sapi) は Web サーバーと PHP を分離します。

構文はシンプルで柔軟であり、あまり多くの仕様はありません。欠点があるとスタイルが混在しますが、プログラマがどんなに下手でも、突飛すぎて全体の状況を危険にさらすようなプログラムは書きません。

2. PHP の 4 層システム

PHP のコアアーキテクチャは次のとおりです:

写真からわかるように、PHP は下から上に 4 層システムです:

Zend エンジン: Zend 全体純粋な C で実装されており、PHP コード (字句解析や構文解析などの一連のコンパイル処理) を実行可能なオペコード処理に変換し、対応する処理メソッドを実装し、基本的なデータ構造を実装します。これは、すべての周辺機能が Zend を中心に実装されています。

拡張機能: Zend エンジンを中心に、拡張機能はコンポーネントベースの方法でさまざまな基本サービスを提供します。一般的なさまざまな組み込み関数 (配列シリーズなど)、標準ライブラリなどはすべて拡張機能を通じて実装されており、ユーザーは次のことも行うことができます。必要に応じて独自の拡張機能を使用して、機能拡張やパフォーマンスの最適化などを実現します (たとえば、現在 Tieba で使用されている PHP 中間層やリッチテキスト解析が拡張機能の代表的なアプリケーションです)。

Sapi: Sapi の正式名はサーバーアプリケーションプログラミングインターフェイスであり、Sapi は一連のフック関数を使用して、PHP が周辺データと対話できるようにします。これは、非常にエレガントで成功した PHP の設計です。それはsapiによって実現されました。 PHP自体を上位層のアプリケーションから切り離して分離することで、PHPは異なるアプリケーションとの互換性を考慮する必要がなくなり、アプリケーション自体も、それぞれの特性に応じて異なる処理方法を実装できるようになります。

上位層アプリケーション: これは、私たちが通常作成する PHP プログラムであり、Web サーバーを介して Web アプリケーションを実装したり、コマンドラインでスクリプトモードで実行したりするなど、さまざまな Sapi メソッドを通じてさまざまなアプリケーションモードを取得します。

PHP が車だとすると、車のフレームは PHP そのものであり、Zend は車のエンジンであり、Ext の下にあるさまざまなコンポーネントは車の車輪とみなすことができます。道路上のさまざまな種類の道路を走行でき、PHP プログラムを実行することで車が道路を走行します。したがって、高性能エンジン + 適切なホイール + 適切なトラックが必要です。

3. Sapi

前に述べたように、Sapi を使用すると、外部アプリケーションは一連のインターフェイスを通じて PHP とデータを交換し、さまざまなアプリケーションの特性に応じて特定の処理メソッドを実装できます。

apache2handler: これ。 WebサーバーとしてApacheを使用し、mod_PHPモードで実行する場合の処理方法でもあり、現在最も広く使用されています。

cgi: これは、有名な fastcgi プロトコルである Web サーバーと PHP の間の別の直接対話方法であり、近年、fastcgi+PHP がますます使用されており、非同期 Web サーバーでサポートされている唯一の方法でもあります。

cli: コマンドライン呼び出し用のアプリケーションモード

4. PHP 実行プロセスとオペコード

まず、PHP コードを実行するプロセスを見てみましょう。

図からわかるように、PHP は典型的な動的言語の実行プロセスを実装しています。コードを取得した後、字句解析や構文解析などの段階を経た後、ソースプログラムが命令に変換されます (オペコード))、ZEND 仮想マシンはこれらの命令を順番に実行して操作を完了します。 PHP 自体は C で実装されているため、最終的に呼び出される関数はすべて C の関数です。実際には、PHP は C で開発されたソフトウェアと考えることができます。

PHP 実行の中核は、オペコードである翻訳された命令です。

オペコードは、PHP プログラム実行の最も基本的な単位です。オペコードは 2 つのパラメータ (op1、op2)、戻り値、および処理関数で構成されます。 PHP プログラムは最終的に、一連のオペコード処理関数の順次実行に変換されます。

いくつかの共通処理関数:

ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER: 変数割り当て ($a=$b)

ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER: 関数呼び出し

ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER: 文字列のスプライシング $a.$b

Z END_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加算演算 $a+2

ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST: 等しいかどうか $a==1

ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST: 等しいかどうか $a===1

5. HashTable - コアデータ構造

HashTable は zend のコアデータ構造であり、PHP でほとんど使用されています。一般的な関数はすべて、一般的なアプリケーションである PHP 配列に加えて、関数シンボルテーブル、グローバル変数などもハッシュテーブルに基づいて実装されています。

PHP のハッシュテーブルには次の機能があります:

典型的な key->value クエリをサポート

配列として使用可能

ノードの追加と削除は O(1) の複雑さ

key は混合型をサポート : アソシエーションは次の場所に存在します同時に配列の組み合わせインデックス array

Value は混合型をサポートします: array ("string", 2332)

は線形トラバーサルをサポートします: foreach など

Zend ハッシュテーブルは典型的なハッシュテーブルのハッシュ構造を実装し、同時に提供します追加することで二重にリンクされたリスト。配列を順方向と逆方向に走査する機能があります。その構造は以下のとおりです:

ご覧のとおり、ハッシュテーブルにはキー -> 値の形式のハッシュ構造と二重リンクリストモードの両方があり、高速検索と線形検索をサポートするのに非常に便利です。横断。

ハッシュ構造: Zend のハッシュ構造は典型的なハッシュテーブルモデルであり、リンクリストを通じて競合を解決します。 Zend のハッシュテーブルは自己成長するデータ構造であり、ハッシュテーブルの数がいっぱいになると、動的に 2 倍に拡張され、要素の位置が変更されることに注意してください。初期サイズは8です。さらに、キー->値の高速検索を実行する場合、zend 自体も空間を時間に交換することでプロセスを高速化するいくつかの最適化を行っています。たとえば、変数 nKeyLength は各要素で使用され、キーの長さを識別して迅速に決定します。

二重リンクリスト: Zend ハッシュテーブルは、リンクリスト構造を介した要素の線形走査を実装します。理論的には、走査には一方向リンクリストを使用するだけで十分です。二重リンクリストを使用する主な目的は、迅速に削除して走査を回避することです。 Zend ハッシュテーブルは複合構造であり、配列として使用すると、一般的な連想配列をサポートし、連続したインデックス番号として使用したり、2 つを混合したりすることもできます。

PHP 連想配列: 連想配列は典型的な hash_table アプリケーションです。クエリプロセスは次の手順を実行します (コードからわかるように、これは一般的なハッシュクエリプロセスに、検索を高速化するためにいくつかの素早い判断が追加されています):

getKeyHashValue h;
index = n & nTableMask;
Bucket *p = arBucket[index];
while (p) {
  if ((p->h == h) & (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
    RETURN p->data; 
  }
  p=p->next;
}

PHP インデックス配列: インデックスarray は共通の array であり、添字を介してアクセスされます。たとえば、$arr[0]、Zend HashTable は内部で正規化され、インデックスタイプのキーにもハッシュ値と nKeyLength (0) が割り当てられます。内部メンバー変数 nNextFreeElement は現在割り当てられている最大 ID であり、プッシュするたびに自動的に 1 ずつ増加します。この正規化プロセスにより、PHP は連想データと非連想データの混合を実現できます。プッシュ操作の特殊性により、PHP 配列内のインデックスキーの順序は添え字のサイズではなく、プッシュの順序によって決まります。たとえば、$arr[1] = 2; $arr[2] = 3; 場合、Zend HashTable はそれらをインデックスキーとして扱います

PHP は弱い型付けの言語です。変数自体の型は厳密には区別されません。 PHP では、変数を宣言するときに型を指定する必要はありません。 PHP は、プログラムの実行中に変数の型の暗黙的な変換を実行する場合があります。他の厳密に型指定された言語と同様に、プログラム内で明示的な型変換を実行することもできます。 PHP 変数は、単純型 (int、string、bool)、コレクション型 (配列リソースオブジェクト)、および定数 (const) に分類できます。上記の変数はすべて、内部では同じ構造 zval を持ちます。

Zval は Zend のもう 1 つの非常に重要なデータ構造であり、PHP 変数の識別と実装に使用されます。そのデータ構造は次のとおりです。

Zval は主に 3 つの部分で構成されます:

type: 変数の型 (整数、文字列、配列など) を指定します。

refcount&is_ref: 参照カウントの実装に使用されます (詳細は後述)

value : コア部分、変数の実データを保存します

Zvalueは変数の実データを保存するために使用されます。複数の型を格納する必要があるため、zvalue は共用体であり、弱い型付けが実装されています。

PHP 変数の型と実際のストレージの対応関係は次のとおりです。メモリ内の参照カウントリサイクル、文字列操作などで広く使用されています。 PHP の変数は、参照カウントの典型的なアプリケーションです。 Zval の参照カウントは、メンバー変数 is_ref および ref_count によって実装されます。参照カウントを通じて、複数の変数が同じデータを共有できます。頻繁なコピーによる大量の消費を避けてください。

代入操作を実行するとき、zend は変数を同じ zval と ref_count++ に指し、設定解除操作中は対応する ref_count-1 を指します。破棄操作は、ref_count が 0 に減少した場合にのみ実行されます。参照割り当ての場合、zend は is_ref を 1 に変更します。

PHP 変数は参照カウントを通じて変数共有データを実現しますが、変数の 1 つの値を変更した場合はどうなるでしょうか?変数を書き込もうとするときに、その変数が指す zval が複数の変数で共有されていることがわかると、Zend は ref_count が 1 の zval をコピーし、元の zval の refcount をデクリメントします。このプロセスは「zval 分離」と呼ばれます。」。 zend は書き込み操作が発生したときにのみコピー操作を実行するため、参照変数の場合、要件は非参照型とは逆であり、参照によって割り当てられる変数はバンドルされている必要があります。 1 つの変数を変更すると、バンドルされたすべての変数が変更されます。

整数と浮動小数点数は、PHP の基本的な型の 1 つであり、単純な変数でもあります。整数と浮動小数点数の場合、対応する値は zvalue に直接格納されます。タイプはそれぞれlongとdoubleです。

整数型の場合、C などの厳密に型指定された言語とは異なり、PHP では int、unsigned int、long、long long などの型が 1 つだけであることがわかります。整数型です。このことから、PHP では、整数の値の範囲はコンパイラのビット数によって決まり、固定されていないことがわかります。

浮動小数点数の場合、整数と同様に、float と double は区別されず、double のみが区別されます。

PHP では、整数の範囲が範囲外になった場合はどうすればよいですか?この場合、自動的に double 型に変換されてしまいますので、これが原因で起こるトリックが多いので注意が必要です。

整数と同様、文字変数も PHP の基本型であり単純な変数です。 zvalue 構造から、PHP の文字列は、C++ の文字列と同様に、実際のデータへのポインターと長さ構造で構成されていることがわかります。 c とは異なり、長さは実際の変数で表されるため、その文字列はバイナリデータ (両端を含む) にすることができます。同時に、PHP では、文字列の長さ strlen を見つけるのは O(1) 操作です。

文字列操作を追加、変更、または追加すると、PHP はメモリを再割り当てして新しい文字列を生成します。最後に、セキュリティ上の理由から、PHP は文字列生成時に

共通の文字列結合メソッドと速度比較を最後に追加します:

次の 4 つの変数があるとします。 $strA='123'; $strB = ' 456'; ; $intA=123; intB=456;

次に、次の文字列の結合方法を比較して説明します:

$res = $strA.$strB と $res = “$strA$strB”

zend はメモリの一部を再割り当てし、それに応じて処理します。速度は一般に

$strA = $strA.$strB

これが最速です。zend は繰り返しのコピーを避けるために、現在の strA に基づいて直接再割り当てを行います

$res = $intA.$intB

これは暗黙的な形式変換が必要なため遅くなります。実際の記述では、

$strA = sprintf (“%s %s",$strA.$) を避けるように注意する必要があります。 strB);

sprintf は PHP の言語構造ではなく、独自の機構である malloc の認識と処理に時間がかかるため、これが最も遅い方法になります。ただし、sprintf メソッドは最も可読性が高く、実際には特定の状況に応じて柔軟に選択できます。

PHP 配列は、当然 Zend HashTable を通じて実装されます。

foreach 操作を実装するにはどうすればよいですか?配列の Foreach は、ハッシュテーブル内の二重リンクリストを走査することによって完了します。インデックス配列の場合、foreach を介した走査は for よりもはるかに効率的であり、キー→値を検索する必要がなくなります。 count オペレーションは、HashTable->NumOfElements, O(1) オペレーションを直接呼び出します。「123」のような文字列の場合、zend はそれを整数形式に変換します。 $arr['123'] と $arr[123] は同等です

リソースタイプ変数は、PHP で最も複雑な変数であり、複合構造でもあります。

PHP の zval は幅広いデータ型を表すことができますが、カスタムデータ型を完全に記述することは困難です。これらの複合構造を表現する効率的な方法がないため、それらに対して従来の演算子を使用する方法はありません。この問題を解決するには、リソースと呼ばれる本質的に任意の識別子 (ラベル) を介してポインターを参照するだけで済みます。

zval では、リソースに対して、lval がリソースのアドレスを直接指すポインターとして使用されます。リソースは任意の複合構造にすることができます。よく知られている mysqli、fsock、memcached などはすべてリソースです。

リソースの使用方法:

登録: カスタムデータ型の場合、それをリソースとして使用します。まず、これを登録する必要があります。そうすれば、zend はそれにグローバルに一意の識別子を割り当てます。

リソース変数の取得: リソースに関して、zend は実際のデータの id->hash_tale を維持します。リソースの場合、その ID のみが zval に記録されます。フェッチするときは、id を通じて hash_table 内の特定の値を検索し、それを返します。

リソースの破壊: リソースのデータ型は多様です。 Zend 自体にはそれを破壊する方法はありません。したがって、ユーザーはリソースを登録する際に破棄機能を提供する必要があります。リソースの設定が解除されると、zend は対応する関数を呼び出して破棄を完了します。グローバルリソーステーブルからも削除してください。

リソースは、それを参照しているすべての変数がスコープ外になった後だけでなく、リクエストが終了して新しいリクエストが生成された後でも、長期間存続することができます。これらのリソースは、特に破棄されない限り、SAPI のライフサイクル全体にわたって存続するため、永続リソースと呼ばれます。多くの場合、永続リソースによりパフォーマンスがある程度向上します。たとえば、一般的な mysql_pconnect では、永続リソースは pemalloc を通じてメモリを割り当て、リクエストが終了しても解放されないようにします。

zend の場合、この 2 つの区別はありません。

PHP ではローカル変数とグローバル変数はどのように実装されますか?リクエストの場合、PHP はいつでも 2 つのシンボルテーブル (symbol_table と active_symbol_table) を参照でき、前者はグローバル変数を維持するために使用されます。後者は、現在アクティブな変数シンボルテーブルを指すポインターです。プログラムが関数に入ると、zend はシンボルテーブル x をそれに割り当て、active_symbol_table を a に指します。このようにして、グローバル変数とローカル変数の区別が行われます。

変数値の取得: PHP のシンボルテーブルは hash_table を通じて実装され、取得時に、対応する zval が識別子に従ってテーブルから検索され、返されます。

関数でグローバル変数を使用する: 関数では、明示的に global を宣言することでグローバル変数を使用できます。 active_symbol_tableのsymbol_tableに同じ名前の変数への参照を作成します。symbol_tableに同じ名前の変数が存在しない場合は、それが最初に作成されます。

PHPの動作原理と仕組み（最下層）

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