1、概述

what is php?

一种适用于web开拓的动态措辞。
详细点说:便是一个用c措辞实现包含大量组件的软件框架。
更狭义点看,可以把它认为是一个强大的ui框架。

php底层深刻懂得php底层机制 Bootstrap

理解它底层实现的目的?

动态措辞要像用好首先得理解它

内存管理、框架模型值得我们借鉴

通过扩展开拓实现更多更强大的功能,优化我们程序的性能

2、php的设计理念及特点

多进程模型

由于php是多进程模型,不同要求间互不干涉,这样担保了一个要求挂掉不会对通盘做事造成影响,当然,随着时期发展,php也早已支持多线程模型。

弱类型措辞

和c/c++、java、c#等措辞不同,Php是一门弱类型措辞: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,这种机制的灵巧性在web开拓中非常方便、高效,具体会在后面php变量中详述。

引擎(Zend)+组件(ext)的模式降落内部耦合

中间层(sapi)隔绝web server和php

语法大略灵巧,没有太多规范。
(导致风格殽杂)

再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。

3、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)为可实行opcode的处理并实现相应的处理方法、实现了基本的数据构造(如hashtable、oo)、内存分配及管理、供应了相应的api方法供外部调用,是统统的核心,所有的外围功能均环绕zend实现。

Extensions

环绕着zend引擎,extensions通过组件式的办法供应各种根本做事,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,用户也可以根据须要实现自己的extension以达到功能扩展、性能优化等目的(如贴吧正在利用的php中间层、富文本解析便是extension的范例运用)。

Sapi

Sapi全称是Server Application Programming Interface,也便是做事端运用编程接口,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本身和上层运用解耦隔离,php可以不再考虑如何针对不同运用进行兼容,而运用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理办法。
后面将在sapi章节中先容

上层运用

这便是我们平时编写的php程序,通过不同的sapi办法得到各种各样的运用模式,如通过webserver实现web运用、在命令行下以脚本办法运行等等。

如果php是一辆车,那么

车的框架便是php本身

Zend是车的引擎(发动机)

Ext下面的各种组件便是车的轮子

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程序的实行便是汽车跑在公路上。

因此,我们须要:性能精良的引擎+得当的车轮+精确的跑道

4、Sapi

如前所述,sapi通过通过一系列的接口,使得外部运用可以和php交流数据并可以根据不同运用特点实现特定的处理方法,我们常见的一些sapi有:

apache2handler

这因此apache作为webserver,采取mod_php模式运行时候的处理办法,也是现在运用最广泛的一种。

cgi

这是webserver和php直接的另一种交互办法,也便是大名鼎鼎的fastcgi协议,在最近今年fastcgi+php得到越来越多的运用,也是异步webserver所唯一支持的办法。
关于fastcgi和mod_php,可以拜会其余一篇文章《php性能调研-mod_php vs fastcgi》

cli

命令行调用的运用模式

Sapi的定义及紧张接口函数如下图

这里先容一下个中一些紧张函数

startup:php被调用时初始化操作

比如cgi模式,在startup的时候会加载所有的extension并实行模块初始化事情。

shutdown:php关闭时扫尾事情

activate:要求初始化

dectivate:要求结束时扫尾事情

ub_write:指天命据输出办法

比如apache2handler办法,由于php作为apache的一个so存在,因此其输出也便是调用apache的ap_write函数,而在cgi模式下,会系统调用write。

sapi_error:缺点处理函数

read_post:读取post数据

register_server_variables:往$_SERVER中注册环境变量

这个一样平常根据不同协议标准注册注册的变量。

5、Php的实行流程&opcode

我们先来看看php代码的实行所经由的流程。

从图上可以看到,php实现了一个范例的动态措辞实行过程:拿到一段代码后,经由词法解析、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虚拟机顺次实行这些指令完成操作。
Php本身是用c实现的,因此终极调用的也都是c的函数,实际上,我们可以把php看做是一个c开拓的软件。

通过上面描述不丢脸出,php的实行的核心是翻译出来的一条一条指令,也即opcode

Opcode是php程序实行的最基本单位。
一个opcode由两个参数(op1,op2)、返回值和处理函数组成。
Php程序终极被翻译为一组opcode处理函数的顺序实行

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

6、HashTable — 核心数据构造

HashTable是zend的核心数据构造,在php里面险些并用来实现所有常见功能,我们知道的php数组即是其范例运用,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:

支持范例的key->value查询

可以当做数组利用

添加、删除节点是O(1)繁芜度

key支持稠浊类型:同时存在关联数组合索引数组

Value支持稠浊类型:array (“string”,2332)

支持线性遍历:如foreach

Zend hash table实现了范例的hash表散列构造,同时通过附加一个双向链表,供应了正向、反向遍历数组的功能。
其构造如下图

可以看到,在hash table中既有key->value形式的散列构造,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。

散列构造

Zend的散列构造是范例的hash表模型,通过链表的办法来办理冲突。
须要把稳的是zend的hash table是一个自增长的数据构造,当hash表数目满了之后,其本身会动态以2倍的办法扩容并重新元素位置。
初始大小均为8。

其余,在进行key->value快速查找时候,zend本身还做了一些优化,通过空间换韶光的办法加快速率。
比如在每个元素中都会用一个变量nKeyLength标识key的长度以作快速剖断。

双向链表

Zend hash table通过一个链表构造,实现了元素的线性遍历。
理论上,做遍历利用单向链表就够了,之以是利用双向链表,紧张目的是为了快速删除,避免遍历。

Zend hash table是一种复合型的构造,作为数组利用时,即支持常见的关联数组也能够作为顺序索引数字来利用,乃至许可2者的稠浊。

Php关联数组

关联数组是范例的hash_table运用。
一次查询过程经由如下几步

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;

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剖断加速查找。

Php索引数组

索引数组便是我们常见的数组,通过下标访问。
例如 $arr[0]

Zend HashTable内部进行了归一化处理,对付index类型key同样分配了hash值和nKeyLength(为0)。
内部成员变量nNextFreeElement便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稠浊

由于push操作的分外性,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;

对付double类型的key,Zend HashTable会将他当做索引key处理

7、Php变量

概述

Php是一门弱类型措辞,本身不严格区分变量的类型。

Php在变量申明的时候不须要指定类型。

Php在程序运行期间可能进行变量类型的隐示转换。

和其他强类型措辞一样,程序中也可以进行显示的类型转换。

Php变量可以分为大略类型(int、string、bool)、凑集类型(array resource object)和常量(const)

以上所有的变量在底层都是同一种构造 zval

Zval

Zval是zend中另一个非常主要的数据构造,用来标识并实现php变量,其数据构造如下

Zval紧张由三部分组成:

1、 type:指定了变量所述的类型(整数、字符串、数组等)

2、 refcount&is_ref:用来实现引用计数(后面详细先容)

3、 value:核心部分,存储了变量的实际数据

u zvalue

Zvalue是用来保存一个变量的实际数据。
由于要存储多种类型,以是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

IS_LONG -> lvalue

IS_DOUBLE -> dvalue

IS_ARRAY -> ht

IS_STRING -> str

IS_RESOURCE -> lvalue

u 引用计数

引用计数在内存回收、字符串操作等地方利用非常广泛。
Php中的变量便是引用计数的范例运用

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花费

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时才会真正实行销毁操作

如果是引用赋值,则zend会修正is_ref为1

u 写时拷贝

Php变量通过引用计数实现变量共享数据,那如果改变个中一个变量值呢?

当试图写入一个变量时,Zend若创造该变量指向的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)

对付引用型变量,其哀求和非引用型相反,引用赋值的变量间必须是捆绑的,修正一个变量就修正了所有捆绑变量。

整数、浮点数类型变量

整数、浮点数是php中的根本类型之一,也是一个大略型变量。

对付整数和浮点数,在zvalue中直接存储对应的值。
其类型分别是long和double。

从zvalue构造中可以看出,对付整数类型,和c等强类型措辞不同,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便是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。

对付浮点数,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?

这种情形下会自动转换为double类型,这个一定要小心,很多trick都是由此产生。

字符串变量

和整数一样,字符变量也是php中的根本类型和大略型变量

通过zvalue构造可以看出,在php中,字符串是由由指向实际数据的指针和长度构造体组成,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\0),同时在php中,求字符串长度strlen是O(1)操作。

在新增、修正、追加字符串操作时,php都会重新分配内存天生新的字符串。

末了,出于安全考虑,php在天生一个字符串时末端仍旧会添加\0

常见的字符串拼接办法及速率比较

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办法做一个比较息争释

1、$res = $strA.$strB和$res = “$strA$strB”

这种情形下,zend会重新malloc一块内存并进行相应处理,其速率一样平常

2、$strA = $strA.$strB

这种是速率最快的,zend会在当前strA根本上直接relloc,避免重复拷贝

3、$res = $intA.$intB

这种速率较慢,由于须要做隐式的格式转换,实际编写程序中也该当把稳只管即便避免

4、$strA = sprintf (“%s%s”,$strA.$strB);

这会是最慢的一种办法,由于sprintf在php中并不是一个措辞构造,本身对付格式识别和处理就须要耗费比较多韶光,其余本身机制也是malloc。
不过sprintf的办法最具可读性,实际中可以根据详细情形灵巧选择。

数组变量

如前所述,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便是通过遍历hashtable中的双向链表完成。
对付索引数组,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

对付’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

这是php中最繁芜的一种变量,也是一种复合型构造。

Php的zval可以表示广泛的数据类型,但是对付自定义的数据类型却很难充分描述。
由于没有有效的办法描述这些复合构造,因此也没有办法对它们利用传统的操作符。
要办理这个问题,只须要通过一个实质上任意的标识符(label)引用指针,这种办法被称为资源。

在zval中,对付resource,lval作为指针来利用,直接指向资源所在的地址。

Resource可以是任意的复合构造,我们熟习的mysqli、fsock、memcached等都是资源。

利用资源

• 注册

对付一个自定义的数据类型,要想将它作为资源。
首先须要进行注册,zend会为它分配全局唯一标示

• 获取一个资源变量

对付资源,zend掩护了一个id->实际数据的hash_tale。
对付一个resource,在zval中只记录了它的id。
fetch的时候通过id在hash_table中找到详细的值返回

• 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。
因此须要用户在注册资源的时候供应销毁函数。
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。

持久化资源

资源可以长期驻留,不但是在所有引用它的变量超出浸染域之后,乃至是在一个要求结束了并且新的要求产生之后。
这些资源称为持久资源,由于它们贯通SAPI的全体生命周期持续存在,除非特意销毁。

很多情形下,持久化资源可以在一定程度长进步性能。
比如我们常见的mysql_pconnect ,持久化资源通过pemalloc分配内存,这样在要求结束的时候不会开释。

对zend来说,对两者本身并不区分。

Php变量的浸染域

Php中的局部变量和全局变量是如何实现的?

对付一个要求,任意时候php都可以看到两个符号表(symbol_table和active_symbol_table),个中前者用来掩护全局变量。
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。
通过这样的办法实现全局、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,对付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

函数中利用全局变量

在函数中,我们可以通过显式申明global来利用全局变量。
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。