用PHP实现高并发服务器

显示全部楼层 · 2020-10-31 14:54:49

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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