PHP底层的运行机制与原理

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PHP底层的运行机制与原理

　　PHP说简单，但是要精通也不是一件简单的事。我们除了会使用之外，还得知道它底层的工作原理。就跟随百分网小编一起去了解下吧，想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生考试网!

　　PHP是一种适用于web开发的动态语言。具体点说，就是一个用C语言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。

　　了解PHP底层实现的目的是什么?动态语言要像用好首先得了解它，内存管理、框架模型值得我们借鉴，通过扩展开发实现更多更强大的功能，优化我们程序的性能。

　　1.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。

　　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。

　　引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。

　　中间层(sapi)隔绝web server和PHP。

　　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：

　　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 $a.$bZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算 $a+2ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 $a==1ZEND_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。)：

　　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;

　　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。

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