PHP說簡單，但是要精通也不是一件簡單的事厌秒。我們除了會(huì)使用之外读拆，還得知道它底層的工作原理。

PHP是一種適用于web開發(fā)的動(dòng)態(tài)語言简僧。具體點(diǎn)說，就是一個(gè)用C語言實(shí)現(xiàn)包含大量組件的軟件框架雕欺。更狹義點(diǎn)看岛马，可以把它認(rèn)為是一個(gè)強(qiáng)大的UI框架。

了解PHP底層實(shí)現(xiàn)的目的是什么屠列？動(dòng)態(tài)語言要像用好首先得了解它啦逆，內(nèi)存管理、框架模型值得我們借鑒笛洛，通過擴(kuò)展開發(fā)實(shí)現(xiàn)更多更強(qiáng)大的功能夏志，優(yōu)化我們程序的性能。

1. PHP的設(shè)計(jì)理念及特點(diǎn)

多進(jìn)程模型：由于PHP是多進(jìn)程模型苛让，不同請求間互不干涉沟蔑，這樣保證了一個(gè)請求掛掉不會(huì)對全盤服務(wù)造成影響。當(dāng)然狱杰，隨著時(shí)代發(fā)展瘦材，PHP也早已支持多線程模型。

弱類型語言：和C/C++仿畸、Java食棕、C#等語言不同，PHP是一門弱類型語言错沽。一個(gè)變量的類型并不是一開始就確定不變簿晓，運(yùn)行中才會(huì)確定并可能發(fā)生隱式或顯式的類型轉(zhuǎn)換，這種機(jī)制的靈活性在web開發(fā)中非常方便千埃、高效憔儿，具體會(huì)在后面PHP變量中詳述。

引擎(Zend)+組件(ext)的模式降低內(nèi)部耦合放可。

中間層(sapi)隔絕web server和PHP皿曲。

語法簡單靈活，沒有太多規(guī)范吴侦。缺點(diǎn)導(dǎo)致風(fēng)格混雜屋休，但再差的程序員也不會(huì)寫出太離譜危害全局的程序。

2. PHP的四層體系

PHP的核心架構(gòu)如下圖：

從圖上可以看出备韧，PHP從下到上是一個(gè)4層體系：

Zend引擎：Zend整體用純C實(shí)現(xiàn)劫樟，是PHP的內(nèi)核部分，它將PHP代碼翻譯（詞法、語法解析等一系列編譯過程）為可執(zhí)行opcode處理叠艳，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的處理方法奶陈，實(shí)現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如hashtable、oo）附较、內(nèi)存分配及管理吃粒、提供了相應(yīng)的api方法供外部調(diào)用，是一切的核心拒课，所有的外圍功能均圍繞Zend實(shí)現(xiàn)徐勃。

Extensions：圍繞著Zend引擎，extensions通過組件式的方式提供各種基礎(chǔ)服務(wù)早像，我們常見的各種內(nèi)置函數(shù)（如array系列）僻肖、標(biāo)準(zhǔn)庫等都是通過extension來實(shí)現(xiàn)，用戶也可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)自己的extension以達(dá)到功能擴(kuò)展卢鹦、性能優(yōu)化等目的（如貼吧正在使用的PHP中間層臀脏、富文本解析就是extension的典型應(yīng)用）。

Sapi：Sapi全稱是Server Application Programming Interface冀自，也就是服務(wù)端應(yīng)用編程接口揉稚，Sapi通過一系列鉤子函數(shù)，使得PHP可以和外圍交互數(shù)據(jù)熬粗，這是PHP非常優(yōu)雅和成功的一個(gè)設(shè)計(jì)窃植，通過sapi成功的將PHP本身和上層應(yīng)用解耦隔離，PHP可以不再考慮如何針對不同應(yīng)用進(jìn)行兼容荐糜，而應(yīng)用本身也可以針對自己的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同的處理方式巷怜。

Application：這就是我們平時(shí)編寫的PHP程序，通過不同的sapi方式得到各種各樣的應(yīng)用模式暴氏，如通過webserver實(shí)現(xiàn)web應(yīng)用延塑、在命令行下以腳本方式運(yùn)行等等。

如果PHP是一輛車答渔，那么車的框架就是PHP本身关带，Zend是車的引擎（發(fā)動(dòng)機(jī)），Ext下面的各種組件就是車的輪子沼撕，Sapi可以看做是公路宋雏，車可以跑在不同類型的公路上，而一次PHP程序的執(zhí)行就是汽車跑在公路上务豺。因此磨总，我們需要：性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪+正確的跑道。

3. Sapi

如前所述笼沥，Sapi通過通過一系列的接口蚪燕，使得外部應(yīng)用可以和PHP交換數(shù)據(jù)娶牌，并可以根據(jù)不同應(yīng)用特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定的處理方法，我們常見的一些sapi有：

apache2handler：這是以apache作為webserver馆纳，采用mod_PHP模式運(yùn)行時(shí)候的處理方式诗良。

cgi：這是webserver和PHP直接的另一種交互方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi協(xié)議鲁驶，在最近今年fastcgi+PHP得到越來越多的應(yīng)用鉴裹，也是異步webserver所唯一支持的方式。

cli：命令行調(diào)用的應(yīng)用模式

4. PHP的執(zhí)行流程&opcode

我們先來看看PHP代碼的執(zhí)行所經(jīng)過的流程钥弯。

從圖上可以看到径荔，PHP實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)語言執(zhí)行過程：拿到一段代碼后，經(jīng)過詞法解析寿羞、語法解析等階段后猖凛，源程序會(huì)被翻譯成一個(gè)個(gè)指令(opcodes)赂蠢，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作绪穆。PHP本身是用C實(shí)現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是C的函數(shù)虱岂，實(shí)際上玖院，我們可以把PHP看做是一個(gè)C開發(fā)的軟件。

PHP的執(zhí)行的核心是翻譯出來的一條一條指令第岖，也即opcode难菌。

Opcode是PHP程序執(zhí)行的最基本單位。一個(gè)opcode由兩個(gè)參數(shù)(op1,op2)蔑滓、返回值和處理函數(shù)組成郊酒。PHP程序最終被翻譯為一組opcode處理函數(shù)的順序執(zhí)行。

常見的幾個(gè)處理函數(shù)：

ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER: 變量分配 （$a=$b）

ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函數(shù)調(diào)用

ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 $a.$b

ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運(yùn)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. HashTable — 核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

HashTable是Zend的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)键袱，在PHP里面幾乎并用來實(shí)現(xiàn)所有常見功能燎窘，我們知道的PHP數(shù)組即是其典型應(yīng)用，此外蹄咖，在zend內(nèi)部褐健，如函數(shù)符號(hào)表、全局變量等也都是基于hash table來實(shí)現(xiàn)澜汤。

PHP的hash table具有如下特點(diǎn)：

支持典型的key->value查詢

可以當(dāng)做數(shù)組使用

添加蚜迅、刪除節(jié)點(diǎn)是 O(1)?復(fù)雜度

key支持混合類型：同時(shí)存在關(guān)聯(lián)數(shù)組合索引數(shù)組

Value支持混合類型：array ("string", 2332)

支持線性遍歷：如foreach

Zend hash table實(shí)現(xiàn)了典型的hash表散列結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過附加一個(gè)雙向鏈表俊抵，提供了正向谁不、反向遍歷數(shù)組的功能。其結(jié)構(gòu)如下圖：

可以看到徽诲，在hash table中既有key->value形式的散列結(jié)構(gòu)拍谐，也有雙向鏈表模式烛缔，使得它能夠非常方便的支持快速查找和線性遍歷。

散列結(jié)構(gòu)：Zend的散列結(jié)構(gòu)是典型的hash表模型轩拨，通過鏈表的方式來解決沖突践瓷。需要注意的是zend的hash table是一個(gè)自增長的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)hash表數(shù)目滿了之后亡蓉，其本身會(huì)動(dòng)態(tài)以2倍的方式擴(kuò)容并重新元素位置晕翠。初始大小均為8。另外砍濒，在進(jìn)行key->value快速查找時(shí)候淋肾，zend本身還做了一些優(yōu)化，通過空間換時(shí)間的方式加快速度爸邢。比如在每個(gè)元素中都會(huì)用一個(gè)變量nKeyLength標(biāo)識(shí)key的長度以作快速判定樊卓。

雙向鏈表：Zend hash table通過一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了元素的線性遍歷杠河。理論上茧彤，做遍歷使用單向鏈表就夠了电爹，之所以使用雙向鏈表，主要目的是為了快速刪除，避免遍歷蝴猪。Zend hash table是一種復(fù)合型的結(jié)構(gòu)走敌，作為數(shù)組使用時(shí)统求，即支持常見的關(guān)聯(lián)數(shù)組也能夠作為順序索引數(shù)字來使用害淤，甚至允許2者的混合。

PHP關(guān)聯(lián)數(shù)組：關(guān)聯(lián)數(shù)組是典型的hash_table應(yīng)用卑雁。一次查詢過程經(jīng)過如下幾步（從代碼可以看出募书，這是一個(gè)常見的hash查詢過程，并增加一些快速判定加速查找测蹲。）：

getKeyHashValue h;index = n & nTableMask;Bucket *p = arBucket[index];while(p) {if((p->h == h) & (p->nKeyLength == nKeyLength)) {RETURNp->data;? ? ? }? ? p=p->next;}RETURNFALTURE;

PHP索引數(shù)組：索引數(shù)組就是我們常見的數(shù)組莹捡，通過下標(biāo)訪問。例如?$arr[0]弛房，Zend HashTable內(nèi)部進(jìn)行了歸一化處理道盏，對于index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內(nèi)部成員變量nNextFreeElement就是當(dāng)前分配到的最大id文捶，每次push后自動(dòng)加一荷逞。正是這種歸一化處理，PHP才能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)的混合粹排。由于push操作的特殊性种远，索引key在PHP數(shù)組中先后順序并不是通過下標(biāo)大小來決定，而是由push的先后決定顽耳。例如?$arr[1] = 2; $arr[2] = 3;?對于double類型的key坠敷，Zend HashTable會(huì)將他當(dāng)做索引key處理

6. PHP變量

PHP是一門弱類型語言妙同，本身不嚴(yán)格區(qū)分變量的類型。PHP在變量申明的時(shí)候不需要指定類型膝迎。PHP在程序運(yùn)行期間可能進(jìn)行變量類型的隱示轉(zhuǎn)換粥帚。和其他強(qiáng)類型語言一樣，程序中也可以進(jìn)行顯示的類型轉(zhuǎn)換限次。PHP變量可以分為簡單類型(int芒涡、string、bool)卖漫、集合類型(array resource object)和常量(const)费尽。以上所有的變量在底層都是同一種結(jié)構(gòu)zval。

Zval是zend中另一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)羊始，用來標(biāo)識(shí)并實(shí)現(xiàn)PHP變量旱幼，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

Zval主要由三部分組成：

type：指定了變量所述的類型（整數(shù)、字符串突委、數(shù)組等）

refcount&is_ref：用來實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)(后面具體介紹)

value：核心部分柏卤，存儲(chǔ)了變量的實(shí)際數(shù)據(jù)

Zvalue是用來保存一個(gè)變量的實(shí)際數(shù)據(jù)。因?yàn)橐鎯?chǔ)多種類型鸯两，所以zvalue是一個(gè)union闷旧，也由此實(shí)現(xiàn)了弱類型长豁。

PHP變量類型和其實(shí)際存儲(chǔ)對應(yīng)關(guān)系如下：

IS_LONG??-> lvalueIS_DOUBLE-> dvalueIS_ARRAY?-> htIS_STRING-> strIS_RESOURCE-> lvalue

引用計(jì)數(shù)

引用計(jì)數(shù)在內(nèi)存回收钧唐、字符串操作等地方使用非常廣泛。PHP中的變量就是引用計(jì)數(shù)的典型應(yīng)用匠襟。Zval的引用計(jì)數(shù)通過成員變量is_ref和ref_count實(shí)現(xiàn)钝侠，通過引用計(jì)數(shù)，多個(gè)變量可以共享同一份數(shù)據(jù)酸舍。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗帅韧。

在進(jìn)行賦值操作時(shí)，zend將變量指向相同的zval同時(shí)ref_count++啃勉，在unset操作時(shí)忽舟，對應(yīng)的ref_count-1。只有ref_count減為0時(shí)才會(huì)真正執(zhí)行銷毀操作淮阐。如果是引用賦值叮阅，則zend會(huì)修改is_ref為1。

PHP變量通過引用計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)變量共享數(shù)據(jù)泣特，那如果改變其中一個(gè)變量值呢浩姥？當(dāng)試圖寫入一個(gè)變量時(shí)，Zend若發(fā)現(xiàn)該變量指向的zval被多個(gè)變量共享状您，則為其復(fù)制一份ref_count為1的zval勒叠，并遞減原zval的refcount兜挨，這個(gè)過程稱為“zval分離”∶蟹郑可見拌汇，只有在有寫操作發(fā)生時(shí)zend才進(jìn)行拷貝操作，因此也叫copy-on-write(寫時(shí)拷貝)

對于引用型變量弊决，其要求和非引用型相反担猛，引用賦值的變量間必須是捆綁的，修改一個(gè)變量就修改了所有捆綁變量丢氢。

整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

整數(shù)傅联、浮點(diǎn)數(shù)是PHP中的基礎(chǔ)類型之一，也是一個(gè)簡單型變量疚察。對于整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)蒸走，在zvalue中直接存儲(chǔ)對應(yīng)的值。其類型分別是long和double貌嫡。

從zvalue結(jié)構(gòu)中可以看出比驻，對于整數(shù)類型，和c等強(qiáng)類型語言不同岛抄，PHP是不區(qū)分int别惦、unsigned int、long夫椭、long long等類型的掸掸，對它來說，整數(shù)只有一種類型也就是long蹭秋。由此扰付，可以看出，在PHP里面仁讨，整數(shù)的取值范圍是由編譯器位數(shù)來決定而不是固定不變的羽莺。

對于浮點(diǎn)數(shù)，類似整數(shù)洞豁，它也不區(qū)分float和double而是統(tǒng)一只有double一種類型盐固。

在PHP中，如果整數(shù)范圍越界了怎么辦丈挟？這種情況下會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為double類型刁卜，這個(gè)一定要小心，很多trick都是由此產(chǎn)生礁哄。

字符和字符串

和整數(shù)一樣长酗，字符變量也是PHP中的基礎(chǔ)類型和簡單型變量。通過zvalue結(jié)構(gòu)可以看出桐绒，在PHP中夺脾，字符串是由由指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)的指針和長度結(jié)構(gòu)體組成之拨，這點(diǎn)和c++中的string比較類似。由于通過一個(gè)實(shí)際變量表示長度咧叭，和c不同蚀乔，它的字符串可以是2進(jìn)制數(shù)據(jù)（包含\0），同時(shí)在PHP中菲茬，求字符串長度strlen是O(1)操作吉挣。

在新增、修改婉弹、追加字符串操作時(shí)睬魂，PHP都會(huì)重新分配內(nèi)存生成新的字符串。最后镀赌，出于安全考慮氯哮，PHP在生成一個(gè)字符串時(shí)末尾仍然會(huì)添加\0。

常見的字符串拼接方式及速度比較：

假設(shè)有如下4個(gè)變量：

$strA ='123';$strB ='456';$intA =123;$intB =456;

現(xiàn)在對如下的幾種字符串拼接方式做一個(gè)比較和說明：

// 下面兩張情況商佛，zend會(huì)重新malloc一塊內(nèi)存并進(jìn)行相應(yīng)處理喉钢，其速度一般$res = $strA . $strB$res ="$strA$strB"http:// 這種是速度最快的，zend會(huì)在當(dāng)前strA基礎(chǔ)上直接relloc良姆，避免重復(fù)拷貝$strA = $strA . $strB// 這種速度較慢肠虽，因?yàn)樾枰鲭[式的格式轉(zhuǎn)換，實(shí)際編寫程序中也應(yīng)該注意盡量避免$res = $intA . $intB// 這會(huì)是最慢的一種方式玛追，因?yàn)閟printf在PHP中并不是一個(gè)語言結(jié)構(gòu)税课，// 本身對于格式識(shí)別和處理就需要耗費(fèi)比較多時(shí)間，另外本身機(jī)制也是malloc豹缀。// 不過sprintf的方式最具可讀性伯复，實(shí)際中可以根據(jù)具體情況靈活選擇慨代。$strA =sprintf("%s%s", $strA . $strB);

數(shù)組

PHP的數(shù)組通過Zend HashTable來天然實(shí)現(xiàn)邢笙。

foreach操作如何實(shí)現(xiàn)？對一個(gè)數(shù)組的foreach就是通過遍歷hashtable中的雙向鏈表完成侍匙。對于索引數(shù)組氮惯，通過foreach遍歷效率比for高很多，省去了key->value的查找想暗。count操作直接調(diào)用HashTable->NumOfElements妇汗，O(1)操作。對于'123'這樣的字符串说莫，zend會(huì)轉(zhuǎn)換為其整數(shù)形式杨箭。$arr['123']和$arr[123]是等價(jià)的。

資源

資源類型變量是PHP中最復(fù)雜的一種變量储狭，也是一種復(fù)合型結(jié)構(gòu)互婿。

PHP的zval可以表示廣泛的數(shù)據(jù)類型捣郊，但是對于自定義的數(shù)據(jù)類型卻很難充分描述。由于沒有有效的方式描繪這些復(fù)合結(jié)構(gòu)慈参，因此也沒有辦法對它們使用傳統(tǒng)的操作符呛牲。要解決這個(gè)問題，只需要通過一個(gè)本質(zhì)上任意的標(biāo)識(shí)符（label）引用指針驮配，這種方式被稱為資源娘扩。

在zval中，對于resource壮锻，lval作為指針來使用琐旁，直接指向資源所在的地址。Resource可以是任意的復(fù)合結(jié)構(gòu)猜绣，我們熟悉的mysqli旋膳、fsock、memcached等都是資源途事。

如何使用資源：

注冊：對于一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)類型验懊，要想將它作為資源。首先需要進(jìn)行注冊尸变，zend會(huì)為它分配全局唯一標(biāo)示义图。

獲取一個(gè)資源變量：對于資源，zend維護(hù)了一個(gè)id->實(shí)際數(shù)據(jù)的hash_tale召烂。對于一個(gè)resource碱工，在zval中只記錄了它的id。fetch的時(shí)候通過id在hash_table中找到具體的值返回奏夫。

資源銷毀：資源的數(shù)據(jù)類型是多種多樣的怕篷。Zend本身沒有辦法銷毀它。因此需要用戶在注冊資源的時(shí)候提供銷毀函數(shù)酗昼。當(dāng)unset資源時(shí)廊谓，zend調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成析構(gòu)。同時(shí)從全局資源表中刪除它麻削。

資源可以長期駐留蒸痹，不只是在所有引用它的變量超出作用域之后，甚至是在一個(gè)請求結(jié)束了并且新的請求產(chǎn)生之后呛哟。這些資源稱為持久資源叠荠，因?yàn)樗鼈冐炌⊿API的整個(gè)生命周期持續(xù)存在，除非特意銷毀扫责。很多情況下榛鼎，持久化資源可以在一定程度上提高性能。比如我們常見的mysql_pconnect,持久化資源通過pemalloc分配內(nèi)存，這樣在請求結(jié)束的時(shí)候不會(huì)釋放者娱。 對zend來說蜘渣，對兩者本身并不區(qū)分。

變量作用域

PHP中的局部變量和全局變量是如何實(shí)現(xiàn)的肺然？對于一個(gè)請求蔫缸，任意時(shí)刻PHP都可以看到兩個(gè)符號(hào)表(symbol_table和active_symbol_table)，其中前者用來維護(hù)全局變量际起。后者是一個(gè)指針拾碌，指向當(dāng)前活動(dòng)的變量符號(hào)表，當(dāng)程序進(jìn)入到某個(gè)函數(shù)中時(shí)街望，zend就會(huì)為它分配一個(gè)符號(hào)表x同時(shí)將active_symbol_table指向a校翔。通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)全局、局部變量的區(qū)分灾前。

獲取變量值：PHP的符號(hào)表是通過hash_table實(shí)現(xiàn)的防症，對于每個(gè)變量都分配唯一標(biāo)識(shí)，獲取的時(shí)候根據(jù)標(biāo)識(shí)從表中找到相應(yīng)zval返回哎甲。

函數(shù)中使用全局變量：在函數(shù)中蔫敲，我們可以通過顯式申明global來使用全局變量。在active_symbol_table中創(chuàng)建symbol_table中同名變量的引用炭玫，如果symbol_table中沒有同名變量則會(huì)先創(chuàng)建奈嘿。

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