用PHP實現高併發服務器

一提到高併發，就沒有辦法繞開I/O複用，再具體到特定的平臺linux, 就沒辦法繞開epoll. epoll爲啥高效的原理就不講了，感興趣的同窗能夠自行搜索研究一下。

php怎麼玩epoll？首先得安裝個libevent庫，再裝個event擴展或者libevent擴展就能夠愉快地玩耍了.

有些人搞不清楚libevent庫跟libevent擴展的區別，簡單來講，libevent庫是C語言對epoll的封裝，跟PHP毛關係都沒有；libevent擴展就是PHP跟libevent庫的溝通橋樑。實際上PHP的不少擴展就是幹這個事的，有一些優秀的C語言庫，PHP想直接拿來用，就經過PHP擴展的方式接入到PHP。

libevent擴展和event擴展隨便選一個裝，我我的更喜歡event擴展，由於更面向對象一點。本身去http://pecl.php.net裏面搜跟本身PHP版本對應的擴展，下好編譯安裝一下就OK了.電腦裝了多個版本的PHP編譯的時候注意一下，phpize的版本要對應上，別搞錯了，典型的五步曲:

phpize
./configure
make
make install
php -m | grep event #看看裝上了沒
複製代碼

咱們要實現的服務器，傳輸層是TCP協議，應用層協議太多太複雜，限於篇幅，會簡單地以HTTP服務器舉個例子，HTTP協議自己就很複雜，要實現起來細節上有不少考究，咱們也不會徹底實現HTTP協議。

首先，建立一個socket，三步曲，socket_create、socket_bind、socket_listen，爲何是這三步曲呢？很簡單，無論你傳輸層協議是啥，你下面的網絡層協議你得選個版本吧，IPV4仍是IPV6，傳輸層工做方式你得選一個吧，全雙工、半雙工仍是單工，TCP仍是UDP你也得選一個吧，socket_create就是這三個選項；肯定了網絡層和傳輸層，你得告訴我監聽哪一個端口吧，這就對應了socket_bind；而後你得開啓監聽，並指定一個客戶端的隊列長度吧，這就是socket_listen乾的事。

建立完了，同步阻塞咱就不介紹了，一個進程同時最多hold處一個鏈接，多幾個鏈接同時請求，就得等唄，超過了socket_listen指定的隊列長度，就得返回504了。多進程也同樣，幾個進程就有幾個併發，進程又是昂貴資源，並且進程的上下文切換費時費力，致使整個系統效率低下。

不要緊，咱有epoll，hold住萬千請求不是夢，先實現一個Reactor。libevent庫就是Reactor模式，直接調用函數就是在使用Reactor模式，因此無需糾結到底php怎麼實現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();
    }
}
複製代碼

上面的代碼很簡單，簡單解釋一下概念，EventBase就是個容器，裏面裝的Event實例，這麼一說，上面的代碼就很是好懂了。 而後一個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;
	}
}
複製代碼

Connection

<?php

class 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");
        }
    }

}
複製代碼

先建立Socket的三步曲，設置成非阻塞模式。而後把socket加到Reactor中監聽可讀事件，可讀的意思就是，緩衝區有數據了，纔可讀。可讀事件發生，說明有新鏈接來了，用stream_socket_accept接收新鏈接Conn，把Conn放到Reactor中監聽可讀事件，可讀事件發生，說明客戶端有數據發送過來了，循環讀直到沒數據，而後把Conn放到Reactor中監聽可寫事件，可寫事件發生，說明客戶端數據發送完了，把協議組裝一下寫入響應。

應用層若是是HTTP協議要注意一下Connection: keep-alive頭，由於要複用鏈接，不要一寫完就關閉鏈接。

擼完收工，用ab測一下併發，加-k參數複用鏈接，i5+8G，3W的併發沒啥問題，固然咱們這兒沒有磁盤I/O，實際狀況要從磁盤讀取文件，讀文件要經過linux的系統調用，並且有幾回的文件拷貝操做，花銷比較大，經常使用的解決思路是sendfile，零拷貝直接從一個FD到另外一個FD，效率比較高，缺點就是PHP沒有現成的已經實現sendfile的擴展，得本身動手，開發成本有點高。

ab測試PO圖：

這就是PHP實現高併發服務器的思路了，只要是用EPOLL解決的，思路都同樣，都是三步曲，放到Reactor下監聽FD事件。固然這個只是最簡單的模型，還有不少能夠改進的地方，好比說多進程，抄襲一下nginx，一個主進程+N個工做進程，多進程的目的仍是想利用多核並行工做。C語言實現也是這樣，只是你可能不用libevent庫，本身封裝EPOLL,畢竟libevent庫有點重，你也用不到libevent的不少東西；固然了，C語言有一堆的數據結構以及定義在數據結構上的操做要寫，沒有GC，本身管理內存，還要有良好的設計，上多進程還得搞一搞IPC進程間通訊的東西，開發難度比PHP要大地多，開發週期也很長，有興趣的同窗能夠本身擼一個玩。