嵌入式PHP的探索實踐

內容來源：2018 年 5 月 20 日，騰訊企點開放平臺技術負責人熊月在「PHPCon China 2018 技術峯會」進行《嵌入式PHP的探索實踐》演講分享。IT 大咖說（微信id：itdakashuo）做爲獨家視頻合做方，經主辦方和講者審閱受權發佈。

閱讀字數：2410 | 7分鐘閱讀

獲取嘉賓演講視頻及PPT:  suo.im/4ZG49q

摘要

對於擁有不少複雜業務場景的tob領域，「開發效率」和「性能」經常是咱們考慮的兩個主要問題，PHP做爲腳本語言，自己適用於快速開發業務邏輯，同時爲了解決PHP特定的性能瓶頸，通常將C++/PHP結合，在PHP代碼裏調用C/C++擴展。 此次咱們帶來了不一樣思路的探索：將php嵌入到高性能C/C++框架運行，將C/C++框架做爲容器，完美結合php快速開發優點和C/C++高性能特色。Zend Engine提供了一種嵌入式開發模式，咱們利用這一特性使它能夠在C/C++的環境中單獨執行PHP腳本，而且支持多實例運行，能夠在C/C++協程框架中運行。嵌入式PHP也爲在任意C/C++協程框架結合帶來無限可能，包括在C++的客戶端上運行PHP。

嵌入式PHP

做爲一門後臺開發語言PHP有着不一樣的發展階段。最開始是你們都比較熟悉的LAMP，接着是PHP-fpm和fastcgi，再日後是swoole，以後在swoole的基礎上又新增了協程。

爲了便於理解，在介紹嵌入式PHP以前要先講下SAPI的概念。SAPI即後臺應用程序編程接口，是PHP與其餘應用程序交互的接口。常見的SAPI有cgi、fpm、cli、Apace2 hander，而嵌入式PHP（embed）也是其中一類。

業務場景

咱們最初的業務框架是基於TSF2.0，底層爲Zend Engine和擴展，擴展最核心的部分是基於swoole。在此之上是TSF PHP層，包含協程調度器、微服務框架、監控管理進程、MVC模式。最上層纔是真正的執行邏輯的PHP腳本。

這樣一套框架存在幾個問題。PHP原生的Generator協程須要配合yield使用，對開發來講不怎麼友好，由於yield的使用時機不太好肯定，尤爲是對於新手。因爲協程調度器是用原生PHP實現的，所以相對其餘語言在性能上會差些，特別是在高併發場景下。還有就是低版本swoole不夠穩定，問題最多的就是在內存泄露這塊。你們都知道騰訊內部有不少公用組件，這些組件接口大可能是用C++實現的，爲此咱們須要作的是用擴展對接PHP與其餘組件，而問題就在於擴展沒法使用上層的PHP協程。

方案：SPP+PHP

爲何選擇嵌入式PHP

SNG中有個很是有名的C++後臺框架SPP，它是一個高性能的網絡框架，起始於2008年，被普遍的應用於SNG的各個業務線。衆所周知開發效率一直是PHP的長處，性能方面則是短板。因此咱們就在想能不能將SPP和PHP結合起來兼顧高性能和開發效率，嵌入式PHP無疑是很好的結合方案。

SPP主要有5個模塊。proxy用來處理新請求，內存隊列是proxy和workgroup交互的內存區域，workgroup是和後臺邏輯腳本交互的模塊，controller做爲控制核心來控制proxy和workgroup的運行狀態，最後是最重要的協程模塊。

如何將SPP和Zend結合

SPP實際上是基於協程的框架，協程是一個用戶態的多線程概念。在協程切換的時候會涉及內存管理的機制，而Zend沒有這種切換內存資源的機制，只有全局變量和多線程資源隔離的方式。這樣的話要想將SPP和Zend結合起來，就要對Zend進行改造。

Zend的源碼大概有60萬行，若是直接改動核心源碼，不光實施起來很麻煩，對以後的升級也會形成問題。最好的辦法是藉助Zend自己的機制對入口進行改造，而不侵入內核。

Zend改造

Zend有多進程和多線程兩種方式，在多線程模式下有一個線程安全的機制ZTS。ZTS本質實際上是對每一個線程的全局資源進行了隔離，與SPP協程的結合就須要用到ZTS，下面是具體步驟。

第一步固然是打開Zend內核ZTS開關，第二步爲了知足協程上下文切換，須要將ZTS中的線程私有變量轉化爲全局數據元素，第三步增長資源入口切換API。作完這三步就完成了Zend和SPP的結合，雖然步驟很少但實際上在作的過程當中仍是會有不少挑戰。

PHP執行流調度器

解決告終合問題以後，接下來爲了將整個流程串起來須要有一個執行流程調度器。上圖是整個執行流程，首先SPP經過SAPI進入到Zend中，而後Zend執行PHP腳本，先編譯成OpCode，以後若是有網路IO就會用到協程。協程也能夠基於SPP提供的API來運做，經過Tsrm的全局資源table能夠進行協程切換。

在有這樣一套執行流的狀況下，擴展也能夠依賴SPP的API實現協程調度。

上圖是SPP結合PHP以後的總體架構。最底層是SPP，往上是PHP執行流調度器，中間是PHP內核和擴展，最上層是PHP腳本。這一整套架構以嵌入式的方式結合了SPP和PHP，讓開發者既能夠利用SPP提供的高性能網絡框架，同時也能應用到上層PHP快速開發的特色。

這裏展現的是壓測時候的環境數據，包括機型、壓測工具、壓測方法以及框架的版本等。

這是壓測後得到的實際數據對比，能夠看到SPP-PHP框架相對舊的框架性能上大概有3倍的提高。