深入剖析PHP7内核源码（一）- PHP架构与生命周期

php7 为什么这么快？

• 全新的zval 更节约的空间，栈上分配内存
• zend_string 存储字符串的hash值,数组查询的时候不需要进行hash计算
• 在hashtable桶内直接存数据,减少了内存的申请次数,提升了cache命中率和内存访问速度
• zend_parse_parameters改为了宏实现,性能提升5%
• 增加opcode指令 call_user_function,is_init/string/array,strlen,defined函数变成opcode指令,速度更快
• 排序算法的改进

php7 架构

• zend 引擎：zend引擎为php提供了基础服务，包括词法分析 语法分析 ，ast抽象语法树编译 opcodes执行，php的变量设计、内存管理、进程管理。
• php层：绑定了sapi层并处理与它的通信，它同时对safe_mode和open_basedir的检测提供一致的控制层，将fopen()、fread()和fwrite()等用户空间的函数与文件和网络i/o联系起来。
• sapi：包括了cli fpm等，把接口对外接口都抽象出来，只要遵守sapi协议便可以实现一个server。
• 拓展：zend 引擎提供了核心能力和接口规范，在此基础上可以开发拓展

这里的拓展分为了两种，通常在php.ini中，通过extension=加载的扩展我们称为php扩展，通过zend_extension=加载的扩展我们称为zend扩展，但从源码的角度来讲，php扩展应该称为“模块”（源码中以module命名），而zend扩展称为“扩展”（源码中以extension命名）。两者最大的区别在于向引擎注册的钩子，向用户层面提供一些c实现的php函数，需要用到zend_module_entry（即作为php扩展），而需要hook到zend引擎的话，就得用到zend_extension（即作为zend扩展）。

php7执行流程

1. 词法分析，把源代码切割成多个字符串单元（token）
2. 语法分析器把token转换成ast抽象语法树
3. 抽象语法树转换成opcodes(opcode指令集合)
4. 虚拟机解释执行执行opcodes(opcode是一组指令标识，对应handler处理函数)

执行实例

词法分析

<?php 
echo "hello world";

切割成了4部分

<?php  => #define t_open_tag 379

echo => #define t_echo 328

空格 =>  #define t_whitespace 382

"hello world" => #define t_constant_encapsed_string 323

语法分析

单独存在的词块不能完整表达语义，还需要语法分析器，它会检查语法，匹配token，对token进行关联，组织串联后的产物就是ast.ast 分为多种类型,对应php语法，比如赋值语句，生成的抽象语法树节点是zend_ast_assign，赋值语句的左右会被作为zend_ast_assign类型节点的孩子（ast是php7才加入的，解耦了编译器和解释器）.

opcodes

opcode是php执行过程中的中间代码，生成后由虚拟机执行，生成的opcode是类似下面的样子

line     op
1        echo
2        return

源码中对应的opcode及handler

zend_echo // handler:zend_echo_spec_const_handler 实现的功能是输出"hello world"
zend_return  // handler:zend_return_spec_const_handler

php 生命周期

cli生命周期

• php_module_startup:注册全局变量gpc等，加载内部拓展和外部拓展。
• php_request_startup:重置垃圾回收器，初始化执行器，初始化扫描器，设置超时时间等。
• php_execute_script

=> compile_file
=> open_file_for_scanning(读取php代码内容,并使词法分析指针指向第一个位置) 
=> zendparse(词法分析语法分析后生成ast) => init_op_array(初始化op_array) 
=> zend_compile_top_stmt(把ast转为op_array) 
=> pass_two(设置op_array对应的zend虚拟机handler) 
=> 生成op_array
=> zend_execute(zend虚拟机中执行op_array)

• php_request_shutdown:调用所有关闭函数,调用所有析构函数，输出缓冲区内容,重置最大执行时间,关闭输出层(http头等),释放所有request的全局变量
• php_module_shutdown:调用module对应的flush函数,清理持久化的符号表,销毁全局变量,关闭所有拓展,关闭内存管理,关闭输出output,析构垃圾回收

fpm模式的生命周期

• fpm跟cli模式不同的是，fpm是常驻内存的，所以php_module_startup只在启动进程的时候做一次初始化，对应的php_module_shutdown也只做一次。
• 进入循环,调用fcgi_accept_request(accept) 阻塞等待，如果请求进来，则进入php_request_startup，初始化请求，同时加了锁来防止惊群效应

fcgi.c 
...
fcgi_lock(req->listen_socket); 
req->fd = accept(listen_socket, (struct sockaddr *)&sa, &len);
fcgi_unlock(req->listen_socket);

引用

• php7的性能优化总结
• php扩展与zend扩展区别
• 《php7 底层设计与源码实现》 陈雷等