php看著很簡單，但是要深入php的運(yùn)行機(jī)制與原理也不是件容易的事墨微，我們除了會使用之外還要知道它底層的工作原理负懦，這樣才能靈活的運(yùn)用揍愁，對php運(yùn)行機(jī)制感興趣的朋友一起學(xué)習(xí)吧

PHP主要三大模塊

PHP總共有三個模塊：內(nèi)核、Zend引擎冯挎、以及擴(kuò)展層底哥；

? ? ? ? 1，PHP內(nèi)核用來處理請求房官、文件流趾徽、錯誤處理等相關(guān)操作；

? ? ? ? 2翰守，Zend引擎（ZE）用以將源文件轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言孵奶，然后在虛擬機(jī)上運(yùn)行它；

? ? ? ? 3蜡峰，擴(kuò)展層是一組函數(shù)了袁、類庫和流，PHP使用它們來執(zhí)行一些特定的操作湿颅。比如载绿，我們需要mysql擴(kuò)展來連接MySQL數(shù)據(jù)庫；當(dāng)ZE執(zhí)行程序時可能會需要連接若干擴(kuò)展油航，這時ZE將控制權(quán)交給擴(kuò)展崭庸，等處理完特定任務(wù)后再返還；

????????最后，ZE將程序運(yùn)行結(jié)果返回給PHP內(nèi)核冀自，它再將結(jié)果傳送給SAPI層揉稚，最終輸出到瀏覽器上。

????????PHP說簡單熬粗，但是要精通也不是一件簡單的事搀玖。我們除了會使用之外，還得知道它底層的工作原理驻呐。

????????PHP是一種適用于web開發(fā)的動態(tài)語言灌诅。具體點說，就是一個用C語言實現(xiàn)包含大量組件的軟件框架含末。更狹義點看猜拾，可以把它認(rèn)為是一個強(qiáng)大的UI框架。

????????了解PHP底層實現(xiàn)的目的是什么佣盒？動態(tài)語言要像用好首先得了解它挎袜，內(nèi)存管理、框架模型值得我們借鑒肥惭，通過擴(kuò)展開發(fā)實現(xiàn)更多更強(qiáng)大的功能盯仪，優(yōu)化我們程序的性能。

PHP的設(shè)計理念及特點

????????多進(jìn)程模型：由于PHP是多進(jìn)程模型蜜葱，不同請求間互不干涉全景，這樣保證了一個請求掛掉不會對全盤服務(wù)造成影響，當(dāng)然牵囤，隨著時代發(fā)展爸黄，PHP也早已支持多線程模型。

????????弱類型語言：和C/C++揭鳞、Java炕贵、C#等語言不同，PHP是一門弱類型語言汹桦。一個變量的類型并不是一開始就確定不變鲁驶，運(yùn)行中才會確定并可能發(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)中非常方便舞骆、高效钥弯，具體會在后面PHP變量中詳述。

????????引擎(Zend)+組件(ext)的模式降低內(nèi)部耦合督禽。

????????中間層(sapi)隔絕web server和PHP脆霎。

????????語法簡單靈活，沒有太多規(guī)范狈惫。缺點導(dǎo)致風(fēng)格混雜睛蛛，但再差的程序員也不會寫出太離譜危害全局的程序雕沿。

PHP的四層體系

PHP的核心架構(gòu)如下圖：

????????從圖上可以看出苞七，PHP從下到上是一個4層體系：

? ??????Zend引擎：Zend整體用純C實現(xiàn)橡庞，是PHP的內(nèi)核部分戏仓，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的處理并實現(xiàn)相應(yīng)的處理方法客冈、實現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如hashtable旭从、oo）、內(nèi)存分配及管理场仲、提供了相應(yīng)的api方法供外部調(diào)用和悦，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞Zend實現(xiàn)渠缕。

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

? ??????Sapi：Sapi全稱是Server Application Programming Interface，也就是服務(wù)端應(yīng)用編程接口谁不，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)徽诲，這是PHP非常優(yōu)雅和成功的一個設(shè)計刹帕，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)行兼容谎替，而應(yīng)用本身也可以針對自己的特點實現(xiàn)不同的處理方式偷溺。

? ??????上層應(yīng)用：這就是我們平時編寫的PHP程序，通過不同的sapi方式得到各種各樣的應(yīng)用模式钱贯，如通過webserver實現(xiàn)web應(yīng)用挫掏、在命令行下以腳本方式運(yùn)行等等。

????????如果PHP是一輛車秩命，那么車的框架就是PHP本身尉共，Zend是車的引擎（發(fā)動機(jī)），Ext下面的各種組件就是車的輪子弃锐，Sapi可以看做是公路袄友，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霹菊。因此剧蚣，我們需要：性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪+正確的跑道。

Sapi是什么

????????如前所述，Sapi通過通過一系列的接口鸠按，使得外部應(yīng)用可以和PHP交換數(shù)據(jù)并可以根據(jù)不同應(yīng)用特點實現(xiàn)特定的處理方法礼搁，我們常見的一些sapi有：

????????apache2handler：這是以apache作為webserver，采用mod_PHP模式運(yùn)行時候的處理方式目尖，也是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種馒吴。

????????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)議卑雁，在最近今年fastcgi+PHP得到越來越多的應(yīng)用募书，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

PHP的執(zhí)行流程&opcode

????????我們先來看看PHP代碼的執(zhí)行所經(jīng)過的流程测蹲。

????????從圖上可以看到莹捡，PHP實現(xiàn)了一個典型的動態(tài)語言執(zhí)行過程：拿到一段代碼后，經(jīng)過詞法解析扣甲、語法解析等階段后篮赢，源程序會被翻譯成一個個指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作琉挖。PHP本身是用C實現(xiàn)的启泣，因此最終調(diào)用的也都是C的函數(shù)，實際上示辈，我們可以把PHP看做是一個C開發(fā)的軟件寥茫。

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

????????Opcode是PHP程序執(zhí)行的最基本單位纱耻。一個opcode由兩個參數(shù)(op1,op2)、返回值和處理函數(shù)組成险耀。PHP程序最終被翻譯為一組opcode處理函數(shù)的順序執(zhí)行弄喘。

????????常見的幾個處理函數(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

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)，在PHP里面幾乎并用來實現(xiàn)所有常見功能甩牺，我們知道的PHP數(shù)組即是其典型應(yīng)用蘑志，此外，在zend內(nèi)部贬派，如函數(shù)符號表急但、全局變量等也都是基于hash table來實現(xiàn)。

????????PHP的hash table具有如下特點：

????????????????支持典型的key->value查詢

? ? ? ? ? ? ? ? 可以當(dāng)做數(shù)組使用

????????????????添加赠群、刪除節(jié)點是O（1）復(fù)雜度

????????????????key支持混合類型：同時存在關(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實現(xiàn)了典型的hash表散列結(jié)構(gòu)羊始，同時通過附加一個雙向鏈表，提供了正向查描、反向遍歷數(shù)組的功能突委。其結(jié)構(gòu)如下圖：

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

????????散列結(jié)構(gòu)：Zend的散列結(jié)構(gòu)是典型的hash表模型，通過鏈表的方式來解決沖突敌蚜。需要注意的是zend的hash table是一個自增長的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)桥滨，當(dāng)hash表數(shù)目滿了之后，其本身會動態(tài)以2倍的方式擴(kuò)容并重新元素位置弛车。初始大小均為8齐媒。另外，在進(jìn)行key->value快速查找時候纷跛，zend本身還做了一些優(yōu)化喻括，通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變量nKeyLength標(biāo)識key的長度以作快速判定贫奠。

????????雙向鏈表：Zend hash table通過一個鏈表結(jié)構(gòu)唬血，實現(xiàn)了元素的線性遍歷。理論上唤崭，做遍歷使用單向鏈表就夠了拷恨，之所以使用雙向鏈表，主要目的是為了快速刪除谢肾，避免遍歷腕侄。Zend hash table是一種復(fù)合型的結(jié)構(gòu)，作為數(shù)組使用時芦疏，即支持常見的關(guān)聯(lián)數(shù)組也能夠作為順序索引數(shù)字來使用兜挨，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)用眯分。一次查詢過程經(jīng)過如下幾步（從代碼可以看出，這是一個常見的hash查詢過程并增加一些快速判定加速查找柒桑。）：

????????PHP索引數(shù)組：索引數(shù)組就是我們常見的數(shù)組弊决，通過下標(biāo)訪問。例如 $arr[0]魁淳，Zend HashTable內(nèi)部進(jìn)行了歸一化處理飘诗，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界逛，每次push后自動加一昆稿。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)的混合息拜。由于push操作的特殊性溉潭，索引key在PHP數(shù)組中先后順序并不是通過下標(biāo)大小來決定净响，而是由push的先后決定。例如 $arr[1] = 2; $arr[2] = 3;對于double類型的key喳瓣，Zend HashTable會將他當(dāng)做索引key處理

PHP變量

????????PHP是一門弱類型語言馋贤，本身不嚴(yán)格區(qū)分變量的類型。PHP在變量申明的時候不需要指定類型畏陕。PHP在程序運(yùn)行期間可能進(jìn)行變量類型的隱示轉(zhuǎn)換配乓。

????????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)換惠毁。PHP變量可以分為簡單類型(int犹芹、string、bool)鞠绰、集合類型(array resource object)和常量(const)腰埂。以上所有的變量在底層都是同一種結(jié)構(gòu) zval。

????????Zval是zend中另一個非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)洞豁，用來標(biāo)識并實現(xiàn)PHP變量盐固，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)、字符串丈挟、數(shù)組等）

????????refcount&is_ref：用來實現(xiàn)引用計數(shù)(后面具體介紹)

????????value：核心部分刁卜，存儲了變量的實際數(shù)據(jù)

????????Zvalue是用來保存一個變量的實際數(shù)據(jù)。因為要存儲多種類型曙咽，所以zvalue是一個union蛔趴，也由此實現(xiàn)了弱類型。

????????PHP變量類型和其實際存儲對應(yīng)關(guān)系如下：

????????IS_LONG?? -> lvalue

????????IS_DOUBLE -> dvalue

????????IS_ARRAY? -> ht

????????IS_STRING -> str

????????IS_RESOURCE -> lvalue

????????引用計數(shù)在內(nèi)存回收例朱、字符串操作等地方使用非常廣泛孝情。PHP中的變量就是引用計數(shù)的典型應(yīng)用。Zval的引用計數(shù)通過成員變量is_ref和ref_count實現(xiàn)洒嗤，通過引用計數(shù)箫荡，多個變量可以共享同一份數(shù)據(jù)。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗渔隶。

????????在進(jìn)行賦值操作時羔挡，zend將變量指向相同的zval同時ref_count++，在unset操作時间唉，對應(yīng)的ref_count-1绞灼。只有ref_count減為0時才會真正執(zhí)行銷毀操作。如果是引用賦值呈野，則zend會修改is_ref為1低矮。

????????PHP變量通過引用計數(shù)實現(xiàn)變量共享數(shù)據(jù)，那如果改變其中一個變量值呢被冒？當(dāng)試圖寫入一個變量時军掂，Zend若發(fā)現(xiàn)該變量指向的zval被多個變量共享轮蜕，則為其復(fù)制一份ref_count為1的zval，并遞減原zval的refcount良姆，這個過程稱為“zval分離”肠虽。可見玛追，只有在有寫操作發(fā)生時zend才進(jìn)行拷貝操作税课，因此也叫copy-on-write(寫時拷貝)

????????對于引用型變量，其要求和非引用型相反痊剖，引用賦值的變量間必須是捆綁的韩玩，修改一個變量就修改了所有捆綁變量。

????????整數(shù)陆馁、浮點數(shù)是PHP中的基礎(chǔ)類型之一找颓，也是一個簡單型變量。對于整數(shù)和浮點數(shù)叮贩，在zvalue中直接存儲對應(yīng)的值击狮。其類型分別是long和double。

????????從zvalue結(jié)構(gòu)中可以看出益老，對于整數(shù)類型彪蓬，和c等強(qiáng)類型語言不同，PHP是不區(qū)分int捺萌、unsigned int档冬、long、long long等類型的桃纯，對它來說酷誓，整數(shù)只有一種類型也就是long。由此态坦，可以看出盐数，在PHP里面，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伞梯。

????????對于浮點數(shù)娘扩，類似整數(shù)，它也不區(qū)分float和double而是統(tǒng)一只有double一種類型壮锻。

????????在PHP中，如果整數(shù)范圍越界了怎么辦涮阔？這種情況下會自動轉(zhuǎn)換為double類型猜绣，這個一定要小心，很多trick都是由此產(chǎn)生敬特。

????????和整數(shù)一樣掰邢，字符變量也是PHP中的基礎(chǔ)類型和簡單型變量牺陶。通過zvalue結(jié)構(gòu)可以看出，在PHP中辣之，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)體組成掰伸，這點和c++中的string比較類似。由于通過一個實際變量表示長度怀估，和c不同狮鸭，它的字符串可以是2進(jìn)制數(shù)據(jù)（包含），同時在PHP中多搀，求字符串長度strlen是O(1)操作歧蕉。

????????在新增、修改康铭、追加字符串操作時惯退，PHP都會重新分配內(nèi)存生成新的字符串。最后从藤，出于安全考慮催跪，PHP在生成一個字符串時末尾仍然會添加

????????常見的字符串拼接方式及速度比較：

????????假設(shè)有如下4個變量：$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比較和說明：

????????$res = $strA.$strB和$res = “$strA$strB”

????????這種情況下，zend會重新malloc一塊內(nèi)存并進(jìn)行相應(yīng)處理夷野，其速度一般

????????$res = “$strA$strB”

????????這種是速度最快的懊蒸，zend會在當(dāng)前strA基礎(chǔ)上直接relloc，避免重復(fù)拷貝

????????$res = $intA.$intB

????????這種速度較慢扫责，因為需要做隱式的格式轉(zhuǎn)換榛鼎，實際編寫程序中也應(yīng)該注意盡量避免

????????$strA = sprintf (“%s%s”,$strA.$strB);

????????這會是最慢的一種方式，因為sprintf在PHP中并不是一個語言結(jié)構(gòu)鳖孤，本身對于格式識別和處理就需要耗費(fèi)比較多時間者娱，另外本身機(jī)制也是malloc。不過sprintf的方式最具可讀性苏揣，實際中可以根據(jù)具體情況靈活選擇黄鳍。

????????PHP的數(shù)組通過Zend HashTable來天然實現(xiàn)。

????????foreach操作如何實現(xiàn)平匈？對一個數(shù)組的foreach就是通過遍歷hashtable中的雙向鏈表完成框沟。對于索引數(shù)組，通過foreach遍歷效率比for高很多增炭，省去了key->value的查找忍燥。count操作直接調(diào)用HashTable->NumOfElements，O(1)操作隙姿。對于'123'這樣的字符串梅垄，zend會轉(zhuǎn)換為其整數(shù)形式。$arr[‘123']和$arr[123]是等價的

????????資源類型變量是PHP中最復(fù)雜的一種變量输玷，也是一種復(fù)合型結(jié)構(gòu)队丝。

????????PHP的zval可以表示廣泛的數(shù)據(jù)類型靡馁，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)机久，因此也沒有辦法對它們使用傳統(tǒng)的操作符臭墨。要解決這個問題，只需要通過一個本質(zhì)上任意的標(biāo)識符（label）引用指針膘盖，這種方式被稱為資源胧弛。

????????在zval中，對于resource衔憨，lval作為指針來使用叶圃，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)践图，我們熟悉的mysqli掺冠、fsock、memcached等都是資源码党。

如何使用資源：

????????注冊：對于一個自定義的數(shù)據(jù)類型德崭，要想將它作為資源。首先需要進(jìn)行注冊揖盘，zend會為它分配全局唯一標(biāo)示眉厨。

????????獲取一個資源變量：對于資源，zend維護(hù)了一個id->實際數(shù)據(jù)的hash_tale兽狭。對于一個resource憾股，在zval中只記錄了它的id。fetch的時候通過id在hash_table中找到具體的值返回箕慧。

????????資源銷毀：資源的數(shù)據(jù)類型是多種多樣的服球。Zend本身沒有辦法銷毀它。因此需要用戶在注冊資源的時候提供銷毀函數(shù)颠焦。當(dāng)unset資源時斩熊，zend調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成析構(gòu)。同時從全局資源表中刪除它伐庭。

????????資源可以長期駐留粉渠，不只是在所有引用它的變量超出作用域之后，甚至是在一個請求結(jié)束了并且新的請求產(chǎn)生之后圾另。這些資源稱為持久資源霸株，因為它們貫通SAPI的整個生命周期持續(xù)存在，除非特意銷毀集乔。很多情況下淳衙，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)束的時候不會釋放箫攀。

????????對zend來說，對兩者本身并不區(qū)分幼衰。

PHP中的局部變量和全局變量是如何實現(xiàn)的靴跛？

????????對于一個請求，任意時刻PHP都可以看到兩個符號表(symbol_table和active_symbol_table)渡嚣，其中前者用來維護(hù)全局變量梢睛。后者是一個指針，指向當(dāng)前活動的變量符號表识椰，當(dāng)程序進(jìn)入到某個函數(shù)中時绝葡，zend就會為它分配一個符號表x同時將active_symbol_table指向a。通過這樣的方式實現(xiàn)全局腹鹉、局部變量的區(qū)分藏畅。

????????獲取變量值：PHP的符號表是通過hash_table實現(xiàn)的，對于每個變量都分配唯一標(biāo)識功咒，獲取的時候根據(jù)標(biāo)識從表中找到相應(yīng)zval返回愉阎。

????????函數(shù)中使用全局變量：在函數(shù)中，我們可以通過顯式申明global來使用全局變量力奋。在active_symbol_table中創(chuàng)建symbol_table中同名變量的引用榜旦，如果symbol_table中沒有同名變量則會先創(chuàng)建。