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    用PHP实现高并发服务器

    步履不停步履不停2019-08-16 18:10:51原创1976

    一提到高并发,就没有办法绕开I/O复用,再具体到特定的平台linux, 就没办法绕开epoll. epoll为啥高效的原理就不讲了,感兴趣的同学可以自行搜索研究一下。

    php怎么玩epoll?首先得安装个libevent库,再装个event扩展或者libevent扩展就可以愉快地玩耍了.

    有些人搞不清楚libevent库跟libevent扩展的区别,简单来说,libevent库是C语言对epoll的封装,跟PHP毛关系都没有;libevent扩展就是PHP跟libevent库的沟通桥梁。实际上PHP的很多扩展就是干这个事的,有一些优秀的C语言库,PHP想直接拿来用,就通过PHP扩展的方式接入到PHP。

    libevent扩展和event扩展随便选一个装,我个人更喜欢event扩展,因为更面向对象一点。自己去http://pecl.php.net里面搜跟自己PHP版本对应的扩展,下好编译安装一下就OK了.电脑装了多个版本的PHP编译的时候注意一下,phpize的版本要对应上,别搞错了,典型的五步曲:

    phpize
    ./configure
    make
    make install
    php -m | grep event #看看装上了没

    我们要实现的服务器,传输层是TCP协议,应用层协议太多太复杂,限于篇幅,会简单地以HTTP服务器举个例子,HTTP协议本身就很复杂,要实现起来细节上有很多考究,我们也不会完全实现HTTP协议。

    首先,创建一个socket,三步曲,socket_create、socket_bind、socket_listen,为什么是这三步曲呢?很简单,不管你传输层协议是啥,你下面的网络层协议你得选个版本吧,IPV4还是IPV6,传输层工作方式你得选一个吧,全双工、半双工还是单工,TCP还是UDP你也得选一个吧,socket_create就是这三个选项;确定了网络层和传输层,你得告诉我监听哪个端口吧,这就对应了socket_bind;然后你得开启监听,并指定一个客户端的队列长度吧,这就是socket_listen干的事。

    创建完了,同步阻塞咱就不介绍了,一个进程同时最多hold处一个连接,多几个连接同时请求,就得等呗,超过了socket_listen指定的队列长度,就得返回504了。多进程也一样,几个进程就有几个并发,进程又是昂贵资源,而且进程的上下文切换费时费力,导致整个系统效率低下。

    没关系,咱有epoll,hold住万千请求不是梦,先实现一个Reactor。libevent库就是Reactor模式,直接调用函数就是在使用Reactor模式,所以无需纠结到底php怎么实现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();
        }
    }

    上面的代码很简单,简单解释一下概念,EventBase就是个容器,里面装的Event实例,这么一说,上面的代码就非常好懂了。 然后一个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;
    	}
    }

    Connection

    <?phpclass 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");
            }
        }
    
    }

    先创建Socket的三步曲,设置成非阻塞模式。然后把socket加到Reactor中监听可读事件,可读的意思就是,缓冲区有数据了,才可读。可读事件发生,说明有新连接来了,用stream_socket_accept接收新连接Conn,把Conn放到Reactor中监听可读事件,可读事件发生,说明客户端有数据发送过来了,循环读直到没数据,然后把Conn放到Reactor中监听可写事件,可写事件发生,说明客户端数据发送完了,把协议组装一下写入响应。

    应用层如果是HTTP协议要注意一下Connection: keep-alive头,因为要复用连接,不要一写完就关闭连接。

    撸完收工,用ab测一下并发,加-k参数复用连接,i5+8G,3W的并发没啥问题,当然我们这儿没有磁盘I/O,实际情况要从磁盘读取文件,读文件要通过linux的系统调用,而且有几次的文件拷贝操作,花销比较大,常用的解决思路是sendfile,零拷贝直接从一个FD到另一个FD,效率比较高,缺点就是PHP没有现成的已经实现sendfile的扩展,得自己动手,开发成本有点高。

    ab测试PO图:

    这就是PHP实现高并发服务器的思路了,只要是用EPOLL解决的,思路都一样,都是三步曲,放到Reactor下监听FD事件。当然这个只是最简单的模型,还有很多可以改进的地方,比如说多进程,抄袭一下nginx,一个主进程+N个工作进程,多进程的目的还是想利用多核并行工作。C语言实现也是这样,只是你可能不用libevent库,自己封装EPOLL,毕竟libevent库有点重,你也用不到libevent的很多东西;当然了,C语言有一堆的数据结构以及定义在数据结构上的操作要写,没有GC,自己管理内存,还要有良好的设计,上多进程还得搞一搞IPC进程间通信的东西,开发难度比PHP要大地多,开发周期也很长,有兴趣的同学可以自己撸一个玩。

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    mark567马克马克

    2019-06-19

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