PHP執行原理

PHP執行原理

php是一門應用很是簡單，開發效率極高的一門語言，其弱類型的變量能省去程序員大量的定義變量、類型轉換等的時間和精力。它是一種適用於web開發的動態語言。

1. php設計的原理和特色

• 多進程模型：這樣能作到進程間互相不受影響，對於進程的資源利用更快速、便捷

• 弱類型語言：和強類型語言C、C++、java等語言不一樣，php中變量的類型並非一開始就肯定的，他是在運行時才肯定的，能夠隱式或顯式的對其進行類型轉換，這就使其在開發中很是的靈活，程序員無需關注變量類型的問題

• Zend引擎+ 組件（ext）的模式下降內部的耦合

• 中間層（sapi）隔絕web server 和php

• 語法簡單靈活，規範少。這一點就有利有弊了。。。

2. php的四層體系

php從上到下一共四層體系：

• Zend引擎：Zend總體用C實現，是php的內核部分，它將php的代碼翻譯成可執行的opcode的，處理並實現相應的處理方法（原理：鳥哥的博客）、實現了基本的數據結構、內存分配及管理、提供了相應api方法供外部使用，是一切的核心。

• Extensions：圍繞着Zend引擎，extensions經過組件的方式提供各類基礎服務，經常使用的內置函數array、標準庫等都是經過extension來實現的，用戶也能夠根據須要實現本身的extension以達到功能擴展等目的如貼吧正在使用的 PHP中間層、富文本解析就是extension的典型應用）。

• Sapi：Sapi全稱Server Application Programing Interface， 也就是服務端應用編程接口，Sapi經過一些列鉤子函數，使php能夠和外圍交互數據，這是PHP很是優雅和成功的一個設計，經過 sapi成功的將PHP自己和上層應用解耦隔離，PHP能夠再也不考慮如何針對不一樣應用進行兼容，而應用自己也能夠針對本身的特色實現不一樣的處理方式。

• 上層應用：這就是程序員編寫的應用程序，經過不一樣的sapi方式獲得各類各樣的應用模式，如經過webserver實現web應用，在命令行下以腳本的方式運行等等

3. Sapi

如前所屬，Sapi經過一些列的接口，使外部應用能夠和php交換數據並能夠根據不一樣的應用特色實現特定的處理方法，常見的sapi有：

• apache2handler：以apache做爲webserver，採用MOD_PHP模式運行時候的處理方式，也是如今應用最普遍的一種

• cgi：這是webserver和php的另一種交互方式，也就是fastcgi協議

• cli：命令調試應用模式

4. php代碼的執行流程

從圖中能夠看出，php經過Zend引擎實現了一個典型的動態語言的執行過程：獲取一段代碼片斷，通過詞法解析、語法解析等階段，源程序被翻譯成一個個指令（opcodes），而後Zend虛擬機順序執行這些指令。PHP自己是用C語言實現的，所以最終調用的也是C語言的函數。

PHP的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令，也即opcode

Opcode是PHP程序執行的最基本單位。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、返回值和處理函數組成。PHP程序最終被翻譯爲一組opcode處理函數的順序執行。

經常使用的幾個函數：

• END_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變量分配 （ a=b)

• ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函數調用

• ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 a.b

• ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算a+2

• ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 a==1

• ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 a===1

5. Zend引擎介紹

Zend引擎做爲php的內核，主要的設計機制有：

5.1 實現HashTable數據結構

HashTable是Zend的核心數據結構，在php裏面幾乎用來實現全部功能，php的數據array()就是典型的應用。此外在Zend內部，如函數符號表、全景變量都是經過HashTable來實現的。

Zend hash table 實現了典型的hash表散列結構，同時經過附加一個雙向鏈表，提供了正向、反向、遍歷數組的功能，結構如圖：

能夠看到，在hash table中既有key->value形式的散列結構，也有雙向鏈表模式，使得它可以很是方便的支持快速查找和線性遍歷。 
散列結構：Zend的散列結構是典型的hash表模型，經過鏈表的方式來解決衝突。須要注意的是zend的hash table是一個自增加的數據結構，當hash表數目滿了以後，其自己會動態以2倍的方式擴容並從新元素位置。初始大小均爲8。另外，在進行 key->value快速查找時候，zend自己還作了一些優化，經過空間換時間的方式加快速度。好比在每一個元素中都會用一個變量 nKeyLength標識key的長度以做快速斷定。 
雙向鏈表：Zend hash table經過一個鏈表結構，實現了元素的線性遍歷。理論上，作遍歷使用單向鏈表就夠了，之因此使用雙向鏈表，主要目的是爲了快速刪除，避免遍歷。 Zend hash table是一種複合型的結構，做爲數組使用時，即支持常見的關聯數組也可以做爲順序索引數字來使用，甚至容許2者的混合。 
PHP關聯數組：關聯數組是典型的hash_table應用。一次查詢過程通過以下幾步（從代碼能夠看出，這是一個常見的hash查詢過程並增長一些快速斷定加速查找）：

01  getKeyHashValue h;
02  index = n & nTableMask;
03  Bucket *p = arBucket[index];
04  while (p) {
05      if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
06          RETURN p->data;   
07      }
08      p=p->next;
09  }
10  RETURN FALTURE;

PHP索引數組：索引數組就是咱們常見的數組，經過下標訪問。例如 arr[0]，Zend HashTable內部進行了歸一化處理，對於index類型key一樣分配了hash值和nKeyLength(爲0)。內部成員變量 nNextFreeElement就是當前分配到的最大id，每次push後自動加一。正是這種歸一化處理，PHP纔可以實現關聯和非關聯的混合。因爲 push操做的特殊性，索引key在PHP數組中前後順序並非經過下標大小來決定，而是由push的前後決定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;對於double類型的key，Zend HashTable會將他當作索引key處理

5.2 PHP變量的實現原理

PHP是一門弱類型語言，不嚴格區分變量的類型。PHP的變量能夠分爲簡單類型（int、sting、bool）、集合類型(array, resource, object) 和常量(const)，全部的變量在底層都因此同一種結構zval

zval是zend中很是重要的數據結構，用來標示並實現php的變量，其數據結構以下：

struct _zval_struct {
    zvalue_value value;     /* value */
    zend_uint refcount__gc;  /* variable ref count */
    zend_uchar type;          /* active type */
    zend_uchar is_ref__gc;    /* if it is a ref variable */
};
typedef struct _zval_struct zval;

其中，

• zval_value value是變量的實際值，具體來講是一個zvalue_value聯合體：

typedef union _zvalue_value {
    long lval;                  /* long value */
    double dval;                /* double value */
    struct {                    /* string */
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;              /* hash table value,used for array */
    zend_object_value obj;      /* object */
} zvalue_value;

• zend_uint refcount__gc是一個計數器，用來保存多少變量（或者符號，symbols ）指向了該zval。在變量生成時，其refcount=1，典型的賦值操做如$a = $b會令zval的refcount加1，而unset操做會相應的減1。在PHP5.3以前，使用引用計數的機制來實現GC，若是一個zval的refcount較少到0，那麼Zend引擎會認爲沒有任何變量指向該zval，所以會釋放該zval所佔的內存空間。但，事情有時並不會那麼簡單。後面咱們會看到，單純的引用計數機制沒法GC掉循環引用的zval，即便指向該zval的變量已經被unset，從而致使了內存泄露（Memory Leak）。

• zend_uchar type該字段用於代表變量的實際類型。PHP中的變量包括四種標量類型（bool,int,float,string），兩種複合類型（array, object）和兩種特殊的類型（resource 和NULL）。在zend內部，這些類型對應於下面的宏（代碼位置 phpsrc/Zend/zend.h）

#define IS_NULL     0
#define IS_LONG     1
#define IS_DOUBLE   2
#define IS_BOOL     3
#define IS_ARRAY    4
#define IS_OBJECT   5
#define IS_STRING   6
#define IS_RESOURCE 7
#define IS_CONSTANT 8
#define IS_CONSTANT_ARRAY   9
#define IS_CALLABLE 10

• is_ref__gc這個字段用於標記變量是不是引用變量。對於普通的變量，該值爲0，而對於引用型的變量，該值爲1。這個變量會影響zval的共享、分離等

5.2.1 整數、浮點數變量

整數、浮點數是PHP中的基礎類型之一，也是一個簡單型變量。對於整數和浮點數，在zvalue中直接存儲對應的值。其類型分別是long和double。 
從zvalue結構中能夠看出，對於整數類型，和c等強類型語言不一樣，PHP是不區分int、unsigned int、long、long long等類型的，對它來講，整數只有一種類型也就是long。由此，能夠看出，在PHP裏面，整數的取值範圍是由編譯器位數來決定而不是固定不變的。在php中若是整數越界了會發生什麼？php會自動給整數轉換成浮點數類型

對於浮點數，相似整數，它也不區分float和double而是統一隻有double一種類型

5.2.2 字符變量

和整數同樣，字符變量也是PHP中的基礎類型和簡單型變量。經過zvalue結構能夠看出，在PHP中，字符串是由由指向實際數據的指針和長度結 構體組成，這點和c++中的string比較相似。因爲經過一個實際變量表示長度，和c不一樣，它的字符串能夠是2進制數據（包含0），同時在PHP中， 求字符串長度strlen是O(1)操做

常見的字符串拼接方式及速度比較：

假設有以下4個變量：strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456; 
如今對以下的幾種字符串拼接方式作一個比較和說明： 
1 res = strA.strB和res = 「strAstrB」 
這種狀況下，zend會從新malloc一塊內存並進行相應處理，其速度通常。 
2 strA = strA.strB 
這種是速度最快的，zend會在當前strA基礎上直接relloc，避免重複拷貝 
3 res = intA.intB 
這種速度較慢，由於須要作隱式的格式轉換，實際編寫程序中也應該注意儘可能避免 
4 strA = sprintf (「%s%s」,strA，strB); 
這會是最慢的一種方式，由於sprintf在PHP中並非一個語言結構，自己對於格式識別和處理就須要耗費比較多時間，另外自己機制也是malloc。不過sprintf的方式最具可讀性，實際中能夠根據具體狀況靈活選擇。

5.2.3 數組變量

PHP的數組是經過Zend Hash Table來自然實現。

foreach操做如何實現？對一個數組的foreach就是經過遍歷hashtable中的雙向鏈表完成。對於索引數組，經過foreach遍 歷效率比for高不少，省去了key->value的查找。count操做直接調用 HashTable->NumOfElements，O(1)操做。對於’123’這樣的字符串，zend會轉換爲其整數形 式。arr[‘123’]和arr[123]

5.3 PHP變量管理-引用計數和寫時拷貝

引用計數在內存回收、字符串操做等地方使用很是普遍。Zval的引用計數經過成員變量is_ref和ref_count實現，經過引用計數，多個變量能夠共享同一份數據。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗。在進行賦值操做時，zend將變量指向相同的zval同時ref_count++，在unset操做時，對應的ref_count-1。只有ref_count減爲0時纔會真正執行銷燬操做。若是是引用賦值，則zend會修改is_ref爲1。

PHP變量經過引用計數實現變量共享數據，那若是改變其中一個變量值呢？當試圖寫入一個變量時，Zend若發現該變量指向的zval被多個變量共享，則爲其複製一份ref_count爲1的zval，並遞減原zval的refcount，這個過程稱爲「zval分離」。可見，只有在有寫操做發生時 zend才進行拷貝操做，所以也叫copy-on-write(寫時拷貝)

對於引用型變量，其要求和非引用型相反，引用賦值的變量間必須是捆綁的，修改一個變量就修改了全部捆綁變量。

5.4 PHP局部變量和全局變量的實現：

PHP中的局部變量和全局變量是如何實現的？對於一個請求，任意時刻PHP均可以看到兩個符號表(symbol_table和 active_symbol_table)，其中前者用來維護全局變量。後者是一個指針，指向當前活動的變量符號表，當程序進入到某個函數中時，zend 就會爲它分配一個符號表x同時將active_symbol_table指向a。經過這樣的方式實現全局、局部變量的區分。

獲取變量值：PHP的符號表是經過hash_table實現的，對於每一個變量都分配惟一標識，獲取的時候根據標識從表中找到相應zval返回。

函數中使用全局變量：在函數中，咱們能夠經過顯式申明global來使用全局變量。在active_symbol_table中建立symbol_table中同名變量的引用（引用變量的值要更新你們會一塊兒更新），若是symbol_table中沒有同名變量則會先建立。

參考：

• http://blog.csdn.net/lili0710432/article/details/47816365

• http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html

• [http://blog.csdn.net/ohmygirl...