php高并发我们在谈论高并发的时刻毕竟在谈什么看这一篇彻底明确并发道理

文章来源:

https://segmentfault.com/a/1190000019360335

感谢作者的优质文章，作者从操作系统事理的角度深度阐明了什么是高并发。

php高并发我们在谈论高并发的时刻毕竟在谈什么看这一篇彻底明确并发道理 Bootstrap

是笔者见过干系的文章中阐明得很清晰的了，值得一读。

什么是高并发?

高并发是互联网分布式系统架构的性能指标之一,它常日是指单位韶光内系统能够同时处理的要求数,大略点说，便是QPS(Queries per second)。

那么我们在评论辩论高并发的时候，究竟在谈些什么东西呢？

高并发究竟是什么?

这里先给出结论:

高并发的基本表现为单位韶光内系统能够同时处理的要求数,

高并发的核心是对CPU资源的有效压榨。

举个例子，如果我们开拓了一个叫做MD5穷举的运用，每个要求都会携带一个md5加密字符串，终极系统穷举出所有的结果，并返回原始字符串。
这个时候我们的运用处景或者说运用业务是属于CPU密集型而不是IO密集型。
这个时候CPU一贯在做有效打算，乃至可以把CPU利用率跑满，这时我们评论辩论高并发并没有任何意义。

(当然，我们可以通过加机器也便是加CPU来提高并发能力,这个是一个正常猿都知道废话方案，评论辩论加机器没有什么意义，没有任何高并发是加机器办理不了，如果有,那解释你加的机器还不足多!)

对付大多数互联网运用来说,CPU不是也不应该是系统的瓶颈，系统的大部分韶光的状况都是CPU在等I/O (硬盘/内存/网络) 的读/写操作完成。

这个时候就可能有人会说，我看系统监控的时候，内存和网络都很正常，但是CPU利用率却跑满了这是为什么？

这是一个好问题,后文我会给呈现实的例子，再次强调上文说的 '有效压榨' 这4个字,这4个字会环绕本文的全部内容！
掌握变量法

万事万物都是相互联系的，当我们在评论辩论高并发的时候，系统的每个环节该当都是须要与之相匹配的。
我们先来回顾一下一个经典C/S的HTTP要求流程。

如图中的序号所示:

我们会经由DNS做事器的解析，要求到达负载均衡集群负载均衡做事器会根据配置的规则，想要求分摊到做事层。
做事层也是我们的业务核心层，这里可能也会有一些PRC、MQ的一些调用等等再经由缓存层末了持久化数据返回数据给客户端

要达到高并发，我们须要负载均衡、做事层、缓存层、持久层都是高可用、高性能的，乃至在第5步，我们也可以通过压缩静态文件、HTTP2推送静态文件、CDN来做优化，这里的每一层我们都可以写几本书来谈优化。

本文紧张谈论做事层这一块，即图红线圈出来的那部分。
不再考虑讲述数据库、缓存干系的影响。

高中的知识见告我们，这个叫掌握变量法。

再谈并发网络编程模型的演化历史

并发问题一贯是做事端编程中的重点和难点问题，为了优系统的并发量，从最初的Fork进程开始，到进程池/线程池,再到epoll事宜驱动(Nginx、node.js反人类回调),再到协程。

从上中可以很明显的看出，全体演化的过程，便是对CPU有效性能压榨的过程。

什么?不明显?

那我们再谈谈高下文切换

在评论辩论高下文切换之前，我们再明确两个名词的观点。

并行：两个事宜同一时候完成。

并发：两个事宜在同一韶光段内交替发生,从宏不雅观上看，两个事宜都发生了。

线程是操作系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位。
由于CPU是串行的,因此对付单核CPU来说,同一时候一定是只有一个线程在占用CPU资源的。
因此，Linux作为一个多任务(进程)系统，会频繁的发生进程/线程切换。

在每个任务运行前，CPU都须要知道从哪里加载，从哪里运行，这些信息保存在CPU寄存器和操作系统的程序计数器里面，这两样东西就叫做 CPU高下文。

进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态，因此虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，以及内核堆栈、寄存器等内核空间的状态,就叫做进程高下文。

前面说过,线程是操作系统调度的最小单位。
同时线程会共享父进程的虚拟内存和全局变量等资源，因此父进程的资源加上线上自己的私有数据就叫做线程的高下文。

对付线程的高下文切换来说，如果是同一进程的线程，由于有资源共享，以是会比多进程间的切换花费更少的资源。

现在就更随意马虎阐明了，进程和线程的切换，会产生CPU高下文切换和进程/线程高下文的切换。
而这些高下文切换,都是会花费额外的CPU的资源的。

进一步谈谈协程的高下文切换

那么协程就不须要高下文切换了吗？须要，但是不会产生 CPU高下文切换和进程/线程高下文的切换,由于这些切换都是在同一个线程中，即用户态中的切换，你乃至可以大略的理解为，协程高下文之间的切换，便是移动了一下你程序里面的指针，CPU资源依旧属于当前哨程。

须要深刻理解的，可以再深入看看Go的GMP模型。

终极的效果便是协程进一步压榨了CPU的有效利用率。

回到开始的那个问题

这个时候就可能有人会说，我看系统监控的时候，内存和网络都很正常，但是CPU利用率却跑满了这是为什么？

把稳本篇文章在谈到CPU利用率的时候，一定会加上有效两字作为定语，CPU利用率跑满，很多时候实在是做了很多低效的打算。

以\"大众天下上最好的措辞\公众为例，范例PHP-FPM的CGI模式，每一个HTTP要求:

都会读取框架的数百个php文件，

都会重新建立/开释一遍MYSQL/REIDS/MQ连接，

都会重新动态阐明编译实行PHP文件，

都会在不同的php-fpm进程直接一直的切换切换再切换。

php的这种CGI运行模式，根本上就决定了它在高并发上的灾害性表现。

找到问题，每每比办理问题更难。
当我们理解了当我们在评论辩论高并发究竟在谈什么之后,我们会创造高并发和高性能并不是编程措辞限定了你，限定你的只是你的思想。

找到问题,办理问题！
当我们能有效压榨CPU性能之后,能达到什么样的效果?

下面我们看看 php+swoole的HTTP做事与 Java高性能的异步框架netty的HTTP做事之间的性能差异比拟。

性能比拟前的准备

swoole是什么

Swoole是一个为PHP用C和C++编写的基于事宜的高性能异步&协程并行网络通信引擎Netty是什么

Netty是由JBOSS供应的一个java开源框架。
Netty供应异步的、事宜驱动的网络运用程序框架和工具，用以快速开拓高性能、高可靠性的网络做事器和客户端程序。
单机能够达到的最大HTTP连接数是多少？

回顾一下打算机网络的干系知识，HTTP协议是运用层协议，在传输层，每个HTTP要求都会进行三次握手，并建立一个TCP连接。

每个TCP连接由本地ip,本地端口,远端ip,远端端口,四个属性标识。

本地端口由16位组成,因此本地端口的最多数量为 2^16 = 65535个。

远端端口由16位组成,因此远端端口的最多数量为 2^16 = 65535个。

同时，在linux底层的网络编程模型中，每个TCP连接，操作系统都会掩护一个File descriptor(fd)文件来与之对应，而fd的数量限定，可以由ulimt -n 命令查看和修正，测试之前我们可以实行命令: ulimit -n 65536修正这个限定为65535。

因此，在不考虑硬件资源限定的情形下，

本地的最大HTTP连接数为：本地最大端口数65535 本地ip数1 = 65535 个。

远真个最大HTTP连接数为：远端最大端口数65535 远端(客户端)ip数+∞ = 无限制~~ 。

PS: 实际上操作系统会有一些保留端口占用,因此本地的连接数实际也是达不到理论值的。

性能比拟

测试资源

各一台docker容器,1G内存+2核CPU

docker-compose编排如下:

# java8version: \"大众2.2\"大众services: java8: container_name: \公众java8\"大众 hostname: \"大众java8\"大众 image: \"大众java:8\"大众 volumes: - /home/cg/MyApp:/MyApp ports: - \公众5555:8080\公众 environment: - TZ=Asia/Shanghai working_dir: /MyApp cpus: 2 cpuset: 0,1 mem_limit: 1024m memswap_limit: 1024m mem_reservation: 1024m tty: true # php7-swversion: \"大众2.2\"大众services: php7-sw: container_name: \"大众php7-sw\公众 hostname: \公众php7-sw\"大众 image: \"大众mileschou/swoole:7.1\公众 volumes: - /home/cg/MyApp:/MyApp ports: - \"大众5551:8080\"大众 environment: - TZ=Asia/Shanghai working_dir: /MyApp cpus: 2 cpuset: 0,1 mem_limit: 1024m memswap_limit: 1024m mem_reservation: 1024m tty: true php代码

<?phpuse Swoole\Server;use Swoole\Http\Response;$http = new swoole_http_server(\"大众0.0.0.0\公众, 8080);$http->set([ 'worker_num' => 2]);$http->on(\"大众request\"大众, function ($request, Response $response) { //go(function () use ($response) { // Swoole\Coroutine::sleep(0.01); $response->end('Hello World'); //});});$http->on(\公众start\公众, function (Server $server) { go(function () use ($server) { echo \公众server listen on 0.0.0.0:8080 \n\公众; });});$http->start();Java关键代码

源代码来自, https://github.com/netty/netty

public static void main(String[] args) throws Exception { // Configure SSL. final SslContext sslCtx; if (SSL) { SelfSignedCertificate ssc = new SelfSignedCertificate(); sslCtx = SslContextBuilder.forServer(ssc.certificate(), ssc.privateKey()).build(); } else { sslCtx = null; } // Configure the server. EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(2); EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); try { ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); b.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024); b.group(bossGroup, workerGroup) .channel(NioServerSocketChannel.class) .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO)) .childHandler(new HttpHelloWorldServerInitializer(sslCtx)); Channel ch = b.bind(PORT).sync().channel(); System.err.println(\"大众Open your web browser and navigate to \公众 + (SSL? \"大众https\公众 : \公众http\"大众) + \"大众://127.0.0.1:\"大众 + PORT + '/'); ch.closeFuture().sync(); } finally { bossGroup.shutdownGracefully(); workerGroup.shutdownGracefully(); } }

由于我只给了两个核心的CPU资源，以是两个做事均只开启连个work进程即可。

5551端口表示PHP做事。

5555端口表示Java做事。

压测工具结果比拟：ApacheBench (ab)

ab命令: docker run --rm jordi/ab -k -c 1000 -n 1000000 http://10.234.3.32:5555/

在并发1000进行100万次Http要求的基准测试中,

Java + netty 压测结果:

PHP + swoole 压测结果:

做事QPS相应韶光ms(max,min)内存(MB)Java + netty84042.11(11,25)600+php + swoole87222.98(9,25)30+

ps: 上图选择的是三次压测下的最佳结果。

总的来说，性能差异并不大，PHP+swoole的做事乃至比Java+netty的做事还要轻微好一点，特殊是在内存占用方面，java用了600MB,php只用了30MB。

这能解释什么呢？