PHP Socket初探---先從一個簡單的socket服務器開始

socket的中文名字叫作套接字，這種東西就是對TCP/IP的「封裝」。現實中的網絡實際上只有四層而已，從上至下分別是應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層。最經常使用的http協議則是屬於應用層的協議，而socket，能夠簡單粗暴的理解爲是傳輸層的一種東西。若是仍是很難理解，那再粗暴地點兒tcp://218.221.11.23:9999，看到沒？這就是一個tcp socket。

socket賦予了咱們操控傳輸層和網絡層的能力，從而獲得更強的性能和更高的效率，socket編程是解決高併發網絡服務器的最經常使用解決和成熟的解決方案。任何一名服務器程序員都應當掌握socket編程相關技能。

在php中，能夠操控socket的函數一共有兩套，一套是socket_*系列的函數，另外一套是stream_*系列的函數。socket_*是php直接將C語言中的socket抄了過來獲得的實現，而stream_*系則是php使用流的概念將其進行了一層封裝。下面用socket_*系函數簡單爲這一系列文章開個篇。

先來作個最簡單socket服務器：

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一個tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 將socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 開始監聽socket
socket_listen( $listen_socket );
// 進入while循環，不用擔憂死循環死機，由於程序將會阻塞在下面的socket_accept()函數上
while( true ){
  // 此處將會阻塞住，一直到有客戶端來鏈接服務器。阻塞狀態的進程是不會佔據CPU的
  /*
   之因此不會佔據CPU,由於CPU運算的時候,相似有個指揮官的傢伙會調度,進程切換,簡稱調度,它只會指揮準備開始打戰和正在打戰的人,而正在休息軍人(阻塞中)不須要命令他們打戰,這樣也符合常理了
  你也能夠看到下圖,調度只在運行和就緒之間的,因此cpu不會傻傻等正在休息的士兵起來了,在再指揮
  */
  // 因此你不用擔憂while循環會將機器拖垮，不會的 
  $connection_socket = socket_accept( $listen_socket );
  // 向客戶端發送一個helloworld
  $msg = "helloworld\r\n";
  socket_write( $connection_socket, $msg, strlen( $msg ) );
  socket_close( $connection_socket );
}
socket_close( $listen_socket );

將文件保存爲server.php，而後執行php server.php運行起來。客戶端咱們使用telnet就能夠了，打開另一個終端執行telnet 127.0.0.1 9999按下回車便可。運行結果以下：

簡單解析一下上述代碼來講明一下tcp socket服務器的流程：

• 1.首先，根據協議族（或地址族）、套接字類型以及具體的的某個協議來建立一個socket。
• 2.第二，將上一步建立好的socket綁定（bind）到一個ip:port上。
• 3.第三，開啓監聽listen。
• 4.第四，使服務器代碼進入無限循環不退出，當沒有客戶端鏈接時，程序阻塞在accept上，有鏈接進來時纔會往下執行，而後再次循環下去，爲客戶端提供持久服務。

上面這個案例中，有兩個很大的缺陷：

• 1.一次只能夠爲一個客戶端提供服務，若是正在爲第一個客戶端發送helloworld期間有第二個客戶端來鏈接，那麼第二個客戶端就必需要等待片刻才行。
• 2.很容易受到攻擊，形成拒絕服務。

分析了上述問題後，又聯想到了前面說的多進程，那咱們能夠在accpet到一個請求後就fork一個子進程來處理這個客戶端的請求，這樣當accept了第二個客戶端後再fork一個子進程來處理第二個客戶端的請求，這樣問題不就解決了嗎？OK！擼一把代碼演示一下：

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一個tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 將socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 開始監聽socket
socket_listen( $listen_socket );
// 進入while循環，不用擔憂死循環死機，由於程序將會阻塞在下面的socket_accept()函數上
while( true ){
  // 此處將會阻塞住，一直到有客戶端來鏈接服務器。阻塞狀態的進程是不會佔據CPU的
  // 因此你不用擔憂while循環會將機器拖垮，不會的 
  $connection_socket = socket_accept( $listen_socket );
  // 當accept了新的客戶端鏈接後，就fork出一個子進程專門處理
  $pid = pcntl_fork();
  // 在子進程中處理當前鏈接的請求業務
  if( 0 == $pid ){
    // 向客戶端發送一個helloworld
    $msg = "helloworld\r\n";
    socket_write( $connection_socket, $msg, strlen( $msg ) );
	// 休眠5秒鐘，能夠用來觀察時候能夠同時爲多個客戶端提供服務
	echo time().' : a new client'.PHP_EOL;
	sleep( 5 );
    socket_close( $connection_socket );
	exit;
  }
}
socket_close( $listen_socket );

將代碼保存爲server.php，而後執行php server.php，客戶端依然使用telnet 127.0.0.1 9999，只不過此次咱們開啓兩個終端來執行telnet。重點觀察當第一個客戶端鏈接上去後，第二個客戶端時候也能夠鏈接上去。運行結果以下：

經過接受到客戶端請求的時間戳能夠看到如今服務器能夠同時爲N個客戶端服務的。可是，接着想，若是前後有1萬個客戶端來請求呢？這個時候服務器會fork出1萬個子進程來處理每一個客戶端鏈接，這是會死人的。fork自己就是一個很浪費系統資源的系統調用，1W次fork足以讓系統崩潰，即使當下系統承受住了1W次fork，那麼fork出來的這1W個子進程也夠系統內存喝一壺了，最後是好不容易費勁fork出來的子進程在處理完畢當前客戶端後又被關閉了，下次請求還要從新fork，這自己就是一種浪費，不符合社會主義主流價值觀。若是是有人惡意攻擊，那麼系統fork的數量還會呈直線上漲一直到系統崩潰。

因此，咱們就再次提出增進型解決方案。咱們能夠預估一下業務量，而後在服務啓動的時候就fork出固定數量的子進程，每一個子進程處於無限循環中並阻塞在accept上，當有客戶端鏈接擠進來就處理客戶請求，當處理完成後僅僅關閉鏈接但自己並不銷燬，而是繼續等待下一個客戶端的請求。這樣，不只避免了進程反覆fork銷燬巨大資源浪費，並且經過固定數量的子進程來保護系統不會因無限fork而崩潰。

<?php
$host = '0.0.0.0';
$port = 9999;
// 建立一個tcp socket
$listen_socket = socket_create( AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP );
// 將socket bind到IP：port上
socket_bind( $listen_socket, $host, $port );
// 開始監聽socket
socket_listen( $listen_socket );
// 給主進程換個名字
cli_set_process_title( 'phpserver master process' );
// 按照數量fork出固定個數子進程
for( $i = 1; $i <= 10; $i++ ){
  $pid = pcntl_fork();
  if( 0 == $pid ){
    cli_set_process_title( 'phpserver worker process' );
    while( true ){
	  $conn_socket = socket_accept( $listen_socket );
	  $msg = "helloworld\r\n";
	  socket_write( $conn_socket, $msg, strlen( $msg ) );
	  socket_close( $conn_socket );
	}
  }
}
// 主進程不能夠退出，代碼演示比較粗暴，爲了避免保證退出直接走while循環，休眠一秒鐘
// 實際上，主進程真正該作的應該是收集子進程pid，監控各個子進程的狀態等等
while( true ){
  sleep( 1 );
}
socket_close( $connection_socket );

將文件保存爲server.php後php server.php執行，而後再用ps -ef | grep phpserver | grep -v grep來看下服務器進程狀態：

能夠看到master進程存在，除此以外還有10個子進程處於等待服務狀態，再同一個時刻能夠同時爲10個客戶端提供服務。咱們經過telnet 127.0.0.1 9999來嘗試一下，運行結果以下圖：

好啦，php新的征程系列就先經過一個簡單的入門開始啦！下篇將會講述一些比較深入的理論基礎知識。