搜索
首页后端开发php教程PHP底层运行机制详解

PHP底层运行机制详解

Mar 21, 2018 pm 03:43 PM
php详解运行机制

本文我们主要和大家分享PHP底层运行机制详解,首先我们会和大家分享PHP的设计理念及特点, PHP的四层体系等,希望能帮助到大家。

1. 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,当然,随着时代发展,PHP也早已支持多线程模型。

  2. 弱类型语言:和C/C++、Java、C#等语言不同,PHP是一门弱类型语言。一个变量的类型并不是一开始就确定不变,运行中才会确定并可能发生隐式或显式的类型转换,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. 解释性语言:PHP正因为与C/C++、Java、C#等编译性语言在运行步骤不同,PHP需要先经过词法,语法分析等解析为编译性语言,才能运行!所以在追求高性能等大型应用或者大数据计算就不适合PHP,虽然0.001秒和0.1秒对于浏览器用户来说没有什么区别,但对于其它领域就不行

  4. 引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。

  5. 中间层(sapi)隔绝web server和PHP。

  6. 语法简单灵活,没有太多规范。缺点导致风格混杂,但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。

2. PHP的四层体系

PHP的核心架构如下图:

从图上可以看出,PHP从下到上是一个4层体系:

  • Zend引擎:Zend整体用纯C实现,是PHP的内核部分,它将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。

  • 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(如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以达到功能扩展、性能优化等目的(如贴吧正在使用的PHP中间层、富文本解析就是extension的典型应用)。

  • Sapi:Sapi全称是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非常优雅和成功的一个设计,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。

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

如果PHP是一辆车,那么车的框架就是PHP本身,Zend是车的引擎(发动机),Ext下面的各种组件就是车的轮子,Sapi可以看做是公路,车可以跑在不同类型的公路上,而一次PHP程序的执行就是汽车跑在公路上。因此,我们需要:性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。

3. Sapi

如前所述,Sapi通过通过一系列的接口,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,我们常见的一些sapi有:

  • 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。

  • 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,在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的应用,也是异步webserver所唯一支持的方式。

  • cli:命令行调用的应用模式

4. PHP的执行流程&opcode

我们先来看看PHP代码的执行所经过的流程。

从图上可以看到,PHP实现了一个典型的动态语言执行过程: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,因此最终调用的也都是C的函数,实际上,我们可以把PHP看做是一个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,也即opcode。

Opcode是PHP程序执行的最基本单位。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:

PHP

1

2

3

4

5

6

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


5. 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来实现。

PHP的hash table具有如下特点:

  • 支持典型的key->value查询

  • 可以当做数组使用

  • 添加、删除节点是O(1)复杂度

  • key支持混合类型:同时存在关联数组合索引数组

  • Value支持混合类型:array (“string”,2332)

  • 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。

  • 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。

  • 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。):

PHP

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

getKeyHashValueh;

index=n&nTableMask;

Bucket*p=arBucket[index];

while(p){

if((p->h==h)&(p->nKeyLength==nKeyLength)){

RETURNp->data;  

}

p=p->next;

}

RETURNFALTURE;


  • 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

6. 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是zend中另一个非常重要的数据结构,用来标识并实现PHP变量,其数据结构如下:

Zval主要由三部分组成:

  • type:指定了变量所述的类型(整数、字符串、数组等)

  • refcount&is_ref:用来实现引用计数(后面具体介绍)

  • value:核心部分,存储了变量的实际数据

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:

PHP

1

2

3

4

5

IS_LONG   -> lvalue

IS_DOUBLE -> dvalue

IS_ARRAY  -> ht

IS_STRING -> str

IS_RESOURCE -> lvalue

引用计数在内存回收、字符串操作等地方使用非常广泛。PHP中的变量就是引用计数的典型应用。Zval的引用计数通过成员变量is_ref和ref_count实现,通过引用计数,多个变量可以共享同一份数据。避免频繁拷贝带来的大量消耗。

在进行赋值操作时,zend将变量指向相同的zval同时ref_count++,在unset操作时,对应的ref_count-1。只有ref_count减为0时才会真正执行销毁操作。如果是引用赋值,则zend会修改is_ref为1。

PHP变量通过引用计数实现变量共享数据,那如果改变其中一个变量值呢?当试图写入一个变量时,Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享,则为其复制一份ref_count为1的zval,并递减原zval的refcount,这个过程称为“zval分离”。可见,只有在有写操作发生时zend才进行拷贝操作,因此也叫copy-on-write(写时拷贝)

对于引用型变量,其要求和非引用型相反,引用赋值的变量间必须是捆绑的,修改一个变量就修改了所有捆绑变量。

整数、浮点数是PHP中的基础类型之一,也是一个简单型变量。对于整数和浮点数,在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。

从zvalue结构中可以看出,对于整数类型,和c等强类型语言不同,PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的,对它来说,整数只有一种类型也就是long。由此,可以看出,在PHP里面,整数的取值范围是由编译器位数来决定而不是固定不变的。

对于浮点数,类似整数,它也不区分float和double而是统一只有double一种类型。

在PHP中,如果整数范围越界了怎么办?这种情况下会自动转换为double类型,这个一定要小心,很多trick都是由此产生。

和整数一样,字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。通过zvalue结构可以看出,在PHP中,字符串是由由指向实际数据的指针和长度结构体组成,这点和c++中的string比较类似。由于通过一个实际变量表示长度,和c不同,它的字符串可以是2进制数据(包含),同时在PHP中,求字符串长度strlen是O(1)操作。

在新增、修改、追加字符串操作时,PHP都会重新分配内存生成新的字符串。最后,出于安全考虑,PHP在生成一个字符串时末尾仍然会添加

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:

PH

1

2

3

4

5

6

7

8

$res=$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。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。


PHP的数组通过Zend HashTable来天然实现。

foreach操作如何实现?对一个数组的foreach就是通过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组,通过foreach遍历效率比for高很多,省去了key->value的查找。count操作直接调用HashTable->NumOfElements,O(1)操作。对于’123’这样的字符串,zend会转换为其整数形式。$arr[‘123’]和$arr[123]是等价的

资源类型变量是PHP中最复杂的一种变量,也是一种复合型结构。

PHP的zval可以表示广泛的数据类型,但是对于自定义的数据类型却很难充分描述。由于没有有效的方式描绘这些复合结构,因此也没有办法对它们使用传统的操作符。要解决这个问题,只需要通过一个本质上任意的标识符(label)引用指针,这种方式被称为资源。

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:

  • 注册:对于一个自定义的数据类型,要想将它作为资源。首先需要进行注册,zend会为它分配全局唯一标示。

  • 获取一个资源变量:对于资源,zend维护了一个id->实际数据的hash_tale。对于一个resource,在zval中只记录了它的id。fetch的时候通过id在hash_table中找到具体的值返回。

  • 资源销毁:资源的数据类型是多种多样的。Zend本身没有办法销毁它。因此需要用户在注册资源的时候提供销毁函数。当unset资源时,zend调用相应的函数完成析构。同时从全局资源表中删除它。

资源可以长期驻留,不只是在所有引用它的变量超出作用域之后,甚至是在一个请求结束了并且新的请求产生之后。这些资源称为持久资源,因为它们贯通SAPI的整个生命周期持续存在,除非特意销毁。很多情况下,持久化资源可以在一定程度上提高性能。比如我们常见的mysql_pconnect ,持久化资源通过pemalloc分配内存,这样在请求结束的时候不会释放。
对zend来说,对两者本身并不区分。

PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的?对于一个请求,任意时刻PHP都可以看到两个符号表(symbol_table和active_symbol_table),其中前者用来维护全局变量。后者是一个指针,指向当前活动的变量符号表,当程序进入到某个函数中时,zend就会为它分配一个符号表x同时将active_symbol_table指向a。通过这样的方式实现全局、局部变量的区分。

获取变量值:PHP的符号表是通过hash_table实现的,对于每个变量都分配唯一标识,获取的时候根据标识从表中找到相应zval返回。

函数中使用全局变量:在函数中,我们可以通过显式申明global来使用全局变量。在active_symbol_table中创建symbol_table中同名变量的引用,如果symbol_table中没有同名变量则会先创建。

PHP运行机制这个过程:

1. 我们从未手动开启过PHP的相关进程,它是随着Apache的启动而运行的;

2. PHP通过mod_php5.so模块和Apache相连(具体说来是SAPI,即服务器应用程序编程接口);

3. PHP总共有三个模块:内核、Zend引擎、以及扩展层;

4. PHP内核用来处理请求、文件流、错误处理等相关操作;

5. Zend引擎(ZE)用以将源文件转换成机器语言,然后在虚拟机上运行它;

6. 扩展层是一组函数、类库和流,PHP使用它们来执行一些特定的操作。比如,我们需要mysql扩展来连接MySQL数据库;

7. 当ZE执行程序时可能会需要连接若干扩展,这时ZE将控制权交给扩展,等处理完特定任务后再返还;

8. 最后,ZE将程序运行结果返回给PHP内核,它再将结果传送给SAPI层,最终输出到浏览器上。

深入探讨PHP运行机制

PHP运行机制之PHP启动第一步   

不清楚什么第一第二步是什么?别担心,我们接下来详细讨论一下。

让我们先看看第一步,也是最主要的一步。要记住的是,第一步的操作在任何请求到达之前就发生了。 启动Apache后,PHP解释程序也随之启动; PHP调用各个扩展的MINIT方法,从而使这些扩展切换到可用状态。看看php.ini文件里打开了哪些扩展吧; MINIT的意思是“模块初始化”。各个模块都定义了一组函数、类库等用以处理其他请求。

一个典型的MINIT方法如下:

PHP_MINIT_FUNCTION(extension_name){ /* Initialize functions, classes etc */ }

PHP运行机制之PHP启动第二步

当一个页面请求发生时,SAPI层将控制权交给PHP层。于是PHP设置了用于回复本次请求所需的环境变量。同时,它还建立一个变量表,用来存放执行过程中产生的变量名和值。 PHP调用各个模块的RINIT方法,即“请求初始化”。一个经典的例子是Session模块的RINIT,如果在php.ini中启用了Session模块,那在调用该模块的RINIT时就会初始化$_SESSION变量,并将相关内容读入; RINIT方法可以看作是一个准备过程,在程序执行之间就会自动启动。

一个典型的RINIT方法如下:

PHP_RINIT_FUNCTION(extension_name) { /* Initialize session variables, pre-populate variables, redefine global variables etc */ }

PHP运行机制之PHP关闭第一步   

如同PHP启动一样,PHP的关闭也分两步: 一旦页面执行完毕(无论是执行到了文件末尾还是用exit或die函数中止),PHP就会启动清理程序。它会按顺序调用各个模块的RSHUTDOWN方法。 RSHUTDOWN用以清除程序运行时产生的符号表,也就是对每个变量调用unset函数。

一个典型的RSHUTDOWN方法如下:

PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION(extension_name) { /* Do memory management, unset all variables used in the last PHP call etc */ }

PHP运行机制之PHP关闭第二步

最后,所有的请求都已处理完毕,SAPI也准备关闭了,PHP开始执行第二步: PHP调用每个扩展的MSHUTDOWN方法,这是各个模块最后一次释放内存的机会。

一个典型的RSHUTDOWN方法如下:

PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(extension_name) { /* Free handlers and persistent memory etc */ }

这样,整个PHP生命周期就结束了。要注意的是,只有在服务器没有请求的情况下才会执行“启动第一步”和“关闭第二步”。

相关推荐:

JavaScript 闭包的底层运行机制代码详解

JavaScript闭包的底层运行机制

探究PHP底层运行机制_PHP教程

以上是PHP底层运行机制详解的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

声明
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn
PHP与Python:了解差异PHP与Python:了解差异Apr 11, 2025 am 12:15 AM

PHP和Python各有优势,选择应基于项目需求。1.PHP适合web开发,语法简单,执行效率高。2.Python适用于数据科学和机器学习,语法简洁,库丰富。

php:死亡还是简单地适应?php:死亡还是简单地适应?Apr 11, 2025 am 12:13 AM

PHP不是在消亡,而是在不断适应和进化。1)PHP从1994年起经历多次版本迭代,适应新技术趋势。2)目前广泛应用于电子商务、内容管理系统等领域。3)PHP8引入JIT编译器等功能,提升性能和现代化。4)使用OPcache和遵循PSR-12标准可优化性能和代码质量。

PHP的未来:改编和创新PHP的未来:改编和创新Apr 11, 2025 am 12:01 AM

PHP的未来将通过适应新技术趋势和引入创新特性来实现:1)适应云计算、容器化和微服务架构,支持Docker和Kubernetes;2)引入JIT编译器和枚举类型,提升性能和数据处理效率;3)持续优化性能和推广最佳实践。

您什么时候使用特质与PHP中的抽象类或接口?您什么时候使用特质与PHP中的抽象类或接口?Apr 10, 2025 am 09:39 AM

在PHP中,trait适用于需要方法复用但不适合使用继承的情况。1)trait允许在类中复用方法,避免多重继承复杂性。2)使用trait时需注意方法冲突,可通过insteadof和as关键字解决。3)应避免过度使用trait,保持其单一职责,以优化性能和提高代码可维护性。

什么是依赖性注入容器(DIC),为什么在PHP中使用一个?什么是依赖性注入容器(DIC),为什么在PHP中使用一个?Apr 10, 2025 am 09:38 AM

依赖注入容器(DIC)是一种管理和提供对象依赖关系的工具,用于PHP项目中。DIC的主要好处包括:1.解耦,使组件独立,代码易维护和测试;2.灵活性,易替换或修改依赖关系;3.可测试性,方便注入mock对象进行单元测试。

与常规PHP阵列相比,解释SPL SplfixedArray及其性能特征。与常规PHP阵列相比,解释SPL SplfixedArray及其性能特征。Apr 10, 2025 am 09:37 AM

SplFixedArray在PHP中是一种固定大小的数组,适用于需要高性能和低内存使用量的场景。1)它在创建时需指定大小,避免动态调整带来的开销。2)基于C语言数组,直接操作内存,访问速度快。3)适合大规模数据处理和内存敏感环境,但需谨慎使用,因其大小固定。

PHP如何安全地上载文件?PHP如何安全地上载文件?Apr 10, 2025 am 09:37 AM

PHP通过$\_FILES变量处理文件上传,确保安全性的方法包括:1.检查上传错误,2.验证文件类型和大小,3.防止文件覆盖,4.移动文件到永久存储位置。

什么是无效的合并操作员(??)和无效分配运算符(?? =)?什么是无效的合并操作员(??)和无效分配运算符(?? =)?Apr 10, 2025 am 09:33 AM

JavaScript中处理空值可以使用NullCoalescingOperator(??)和NullCoalescingAssignmentOperator(??=)。1.??返回第一个非null或非undefined的操作数。2.??=将变量赋值为右操作数的值,但前提是该变量为null或undefined。这些操作符简化了代码逻辑,提高了可读性和性能。

See all articles

热AI工具

Undresser.AI Undress

Undresser.AI Undress

人工智能驱动的应用程序,用于创建逼真的裸体照片

AI Clothes Remover

AI Clothes Remover

用于从照片中去除衣服的在线人工智能工具。

Undress AI Tool

Undress AI Tool

免费脱衣服图片

Clothoff.io

Clothoff.io

AI脱衣机

AI Hentai Generator

AI Hentai Generator

免费生成ai无尽的。

热门文章

R.E.P.O.能量晶体解释及其做什么(黄色晶体)
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.最佳图形设置
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.如果您听不到任何人,如何修复音频
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
WWE 2K25:如何解锁Myrise中的所有内容
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌

热工具

VSCode Windows 64位 下载

VSCode Windows 64位 下载

微软推出的免费、功能强大的一款IDE编辑器

SublimeText3 Mac版

SublimeText3 Mac版

神级代码编辑软件(SublimeText3)

SecLists

SecLists

SecLists是最终安全测试人员的伙伴。它是一个包含各种类型列表的集合,这些列表在安全评估过程中经常使用,都在一个地方。SecLists通过方便地提供安全测试人员可能需要的所有列表,帮助提高安全测试的效率和生产力。列表类型包括用户名、密码、URL、模糊测试有效载荷、敏感数据模式、Web shell等等。测试人员只需将此存储库拉到新的测试机上,他就可以访问到所需的每种类型的列表。

SublimeText3 英文版

SublimeText3 英文版

推荐:为Win版本,支持代码提示!

Dreamweaver CS6

Dreamweaver CS6

视觉化网页开发工具