PHP說簡單访诱，但是要精通也不是一件簡單的事麻蹋。我們除了會使用之外，還得知道它底層的工作原理街夭。

PHP是一種適用于web開發(fā)的動態(tài)語言砰碴。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板丽。更狹義點看呈枉，可以把它認為是一個強大的UI框架。

了解PHP底層實現(xiàn)的目的是什么？動態(tài)語言要像用好首先得了解它猖辫，內(nèi)存管理酥泞、框架模型值得我們借鑒，通過擴展開發(fā)實現(xiàn)更多更強大的功能啃憎，優(yōu)化我們程序的性能芝囤。

1. PHP的設計理念及特點

多進程模型：由于PHP是多進程模型，不同請求間互不干涉辛萍，這樣保證了一個請求掛掉不會對全盤服務造成影響悯姊。當然，隨著時代發(fā)展叹阔，PHP也早已支持多線程模型挠轴。

弱類型語言：和C/C++、Java耳幢、C#等語言不同岸晦，PHP是一門弱類型語言。一個變量的類型并不是一開始就確定不變睛藻，運行中才會確定并可能發(fā)生隱式或顯式的類型轉(zhuǎn)換启上，這種機制的靈活性在web開發(fā)中非常方便、高效店印，具體會在后面PHP變量中詳述冈在。

引擎(Zend)+組件(ext)的模式降低內(nèi)部耦合。

中間層(sapi)隔絕web server和PHP按摘。

語法簡單靈活包券，沒有太多規(guī)范。缺點導致風格混雜炫贤，但再差的程序員也不會寫出太離譜危害全局的程序溅固。

2. PHP的四層體系

PHP的核心架構(gòu)如下圖：

從圖上可以看出，PHP從下到上是一個4層體系：

Zend引擎：Zend整體用純C實現(xiàn)兰珍，是PHP的內(nèi)核部分侍郭，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處理掠河，并實現(xiàn)相應的處理方法亮元，實現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如hashtable、oo）唠摹、內(nèi)存分配及管理爆捞、提供了相應的api方法供外部調(diào)用，是一切的核心跃闹，所有的外圍功能均圍繞Zend實現(xiàn)嵌削。

Extensions：圍繞著Zend引擎毛好，extensions通過組件式的方式提供各種基礎服務，我們常見的各種內(nèi)置函數(shù)（如array系列）苛秕、標準庫等都是通過extension來實現(xiàn)肌访，用戶也可以根據(jù)需要實現(xiàn)自己的extension以達到功能擴展、性能優(yōu)化等目的（如貼吧正在使用的PHP中間層艇劫、富文本解析就是extension的典型應用）吼驶。

Sapi：Sapi全稱是Server Application Programming Interface，也就是服務端應用編程接口店煞，Sapi通過一系列鉤子函數(shù)蟹演，使得PHP可以和外圍交互數(shù)據(jù)，這是PHP非常優(yōu)雅和成功的一個設計顷蟀，通過sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離酒请，PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行兼容，而應用本身也可以針對自己的特點實現(xiàn)不同的處理方式鸣个。

Application：這就是我們平時編寫的PHP程序羞反，通過不同的sapi方式得到各種各樣的應用模式，如通過webserver實現(xiàn)web應用囤萤、在命令行下以腳本方式運行等等昼窗。

如果PHP是一輛車，那么車的框架就是PHP本身涛舍，Zend是車的引擎（發(fā)動機）澄惊，Ext下面的各種組件就是車的輪子，Sapi可以看做是公路富雅，車可以跑在不同類型的公路上掸驱，而一次PHP程序的執(zhí)行就是汽車跑在公路上。因此没佑，我們需要：性能優(yōu)異的引擎+合適的車輪+正確的跑道亭敢。

3. Sapi

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

apache2handler：這是以apache作為webserver远剩，采用mod_PHP模式運行時候的處理方式。

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

cli：命令行調(diào)用的應用模式

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)過的流程痢掠。

從圖上可以看到驱犹，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)過詞法解析足画、語法解析等階段后雄驹，源程序會被翻譯成一個個指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機順次執(zhí)行這些指令完成操作淹辞。PHP本身是用C實現(xiàn)的医舆，因此最終調(diào)用的也都是C的函數(shù)，實際上象缀，我們可以把PHP看做是一個C開發(fā)的軟件蔬将。

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

Opcode是PHP程序執(zhí)行的最基本單位霞怀。一個opcode由兩個參數(shù)(op1,op2)、返回值和處理函數(shù)組成莉给。PHP程序最終被翻譯為一組opcode處理函數(shù)的順序執(zhí)行毙石。

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)，在PHP里面幾乎并用來實現(xiàn)所有常見功能禁谦，我們知道的PHP數(shù)組即是其典型應用胁黑，此外，在zend內(nèi)部州泊，如函數(shù)符號表丧蘸、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

可以當做數(shù)組使用

添加遥皂、刪除節(jié)點是 O(1)?復雜度

key支持混合類型：同時存在關聯(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)力喷，同時通過附加一個雙向鏈表，提供了正向演训、反向遍歷數(shù)組的功能弟孟。其結(jié)構(gòu)如下圖：

可以看到，在hash table中既有key->value形式的散列結(jié)構(gòu)样悟，也有雙向鏈表模式拂募，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表模型窟她，通過鏈表的方式來解決沖突陈症。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)，當hash表數(shù)目滿了之后震糖，其本身會動態(tài)以2倍的方式擴容并重新元素位置录肯。初始大小均為8。另外吊说，在進行key->value快速查找時候论咏，zend本身還做了一些優(yōu)化优炬，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標識key的長度以作快速判定厅贪。

雙向鏈表：Zend hash table通過一個鏈表結(jié)構(gòu)蠢护，實現(xiàn)了元素的線性遍歷。理論上卦溢，做遍歷使用單向鏈表就夠了糊余，之所以使用雙向鏈表，主要目的是為了快速刪除单寂，避免遍歷贬芥。Zend hash table是一種復合型的結(jié)構(gòu)，作為數(shù)組使用時宣决，即支持常見的關聯(lián)數(shù)組也能夠作為順序索引數(shù)字來使用蘸劈，甚至允許2者的混合。

PHP關聯(lián)數(shù)組：關聯(lián)數(shù)組是典型的hash_table應用尊沸。一次查詢過程經(jīng)過如下幾步（從代碼可以看出威沫，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洼专。）：

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)組棒掠，通過下標訪問。例如?$arr[0]屁商，Zend HashTable內(nèi)部進行了歸一化處理烟很，對于index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內(nèi)部成員變量nNextFreeElement就是當前分配到的最大id蜡镶，每次push后自動加一雾袱。正是這種歸一化處理，PHP才能夠?qū)崿F(xiàn)關聯(lián)和非關聯(lián)的混合官还。由于push操作的特殊性芹橡，索引key在PHP數(shù)組中先后順序并不是通過下標大小來決定，而是由push的先后決定望伦。例如?$arr[1] = 2; $arr[2] = 3;?對于double類型的key林说，Zend HashTable會將他當做索引key處理

6. PHP變量

PHP是一門弱類型語言，本身不嚴格區(qū)分變量的類型屯伞。PHP在變量申明的時候不需要指定類型述么。PHP在程序運行期間可能進行變量類型的隱示轉(zhuǎn)換。和其他強類型語言一樣愕掏，程序中也可以進行顯示的類型轉(zhuǎn)換。PHP變量可以分為簡單類型(int顶伞、string饵撑、bool)剑梳、集合類型(array resource object)和常量(const)。以上所有的變量在底層都是同一種結(jié)構(gòu)zval滑潘。

Zval是zend中另一個非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)垢乙，用來標識并實現(xiàn)PHP變量，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)语卤、字符串追逮、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，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)粹舵。因為要存儲多種類型钮孵，所以zvalue是一個union，也由此實現(xiàn)了弱類型眼滤。

PHP變量類型和其實際存儲對應關系如下：

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

引用計數(shù)

引用計數(shù)在內(nèi)存回收巴席、字符串操作等地方使用非常廣泛。PHP中的變量就是引用計數(shù)的典型應用诅需。Zval的引用計數(shù)通過成員變量is_ref和ref_count實現(xiàn)漾唉，通過引用計數(shù)，多個變量可以共享同一份數(shù)據(jù)堰塌。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗赵刑。

在進行賦值操作時，zend將變量指向相同的zval同時ref_count++场刑，在unset操作時般此，對應的ref_count-1。只有ref_count減為0時才會真正執(zhí)行銷毀操作摇邦。如果是引用賦值恤煞，則zend會修改is_ref為1。

PHP變量通過引用計數(shù)實現(xiàn)變量共享數(shù)據(jù)施籍，那如果改變其中一個變量值呢居扒？當試圖寫入一個變量時，Zend若發(fā)現(xiàn)該變量指向的zval被多個變量共享丑慎，則為其復制一份ref_count為1的zval喜喂，并遞減原zval的refcount，這個過程稱為“zval分離”竿裂∮裼酰可見，只有在有寫操作發(fā)生時zend才進行拷貝操作腻异，因此也叫copy-on-write(寫時拷貝)

對于引用型變量进副，其要求和非引用型相反，引用賦值的變量間必須是捆綁的悔常，修改一個變量就修改了所有捆綁變量影斑。

整數(shù)和浮點數(shù)

整數(shù)给赞、浮點數(shù)是PHP中的基礎類型之一，也是一個簡單型變量矫户。對于整數(shù)和浮點數(shù)片迅，在zvalue中直接存儲對應的值。其類型分別是long和double皆辽。

從zvalue結(jié)構(gòu)中可以看出柑蛇，對于整數(shù)類型，和c等強類型語言不同驱闷，PHP是不區(qū)分int耻台、unsigned int、long遗嗽、long long等類型的粘我，對它來說，整數(shù)只有一種類型也就是long痹换。由此征字，可以看出，在PHP里面娇豫，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匙姜。

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

在PHP中，如果整數(shù)范圍越界了怎么辦浦楣？這種情況下會自動轉(zhuǎn)換為double類型袖肥，這個一定要小心，很多trick都是由此產(chǎn)生振劳。

字符和字符串

和整數(shù)一樣椎组，字符變量也是PHP中的基礎類型和簡單型變量。通過zvalue結(jié)構(gòu)可以看出历恐，在PHP中寸癌，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，這點和c++中的string比較類似弱贼。由于通過一個實際變量表示長度蒸苇，和c不同，它的字符串可以是2進制數(shù)據(jù)（包含\0）吮旅，同時在PHP中溪烤，求字符串長度strlen是O(1)操作。

在新增、修改氛什、追加字符串操作時莺葫，PHP都會重新分配內(nèi)存生成新的字符串。最后枪眉，出于安全考慮，PHP在生成一個字符串時末尾仍然會添加\0再层。

常見的字符串拼接方式及速度比較：

假設有如下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：

// 下面兩張情況贸铜，zend會重新malloc一塊內(nèi)存并進行相應處理，其速度一般$res = $strA . $strB$res ="$strA$strB"http:// 這種是速度最快的聂受，zend會在當前strA基礎上直接relloc蒿秦，避免重復拷貝$strA = $strA . $strB// 這種速度較慢，因為需要做隱式的格式轉(zhuǎn)換蛋济，實際編寫程序中也應該注意盡量避免$res = $intA . $intB// 這會是最慢的一種方式棍鳖，因為sprintf在PHP中并不是一個語言結(jié)構(gòu)，// 本身對于格式識別和處理就需要耗費比較多時間碗旅，另外本身機制也是malloc渡处。// 不過sprintf的方式最具可讀性，實際中可以根據(jù)具體情況靈活選擇祟辟。$strA =sprintf("%s%s", $strA . $strB);

數(shù)組

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

foreach操作如何實現(xiàn)？對一個數(shù)組的foreach就是通過遍歷hashtable中的雙向鏈表完成旧困。對于索引數(shù)組醇份，通過foreach遍歷效率比for高很多，省去了key->value的查找吼具。count操作直接調(diào)用HashTable->NumOfElements僚纷，O(1)操作。對于'123'這樣的字符串拗盒，zend會轉(zhuǎn)換為其整數(shù)形式怖竭。$arr['123']和$arr[123]是等價的。

資源

資源類型變量是PHP中最復雜的一種變量锣咒，也是一種復合型結(jié)構(gòu)侵状。

PHP的zval可以表示廣泛的數(shù)據(jù)類型，但是對于自定義的數(shù)據(jù)類型卻很難充分描述毅整。由于沒有有效的方式描繪這些復合結(jié)構(gòu)趣兄，因此也沒有辦法對它們使用傳統(tǒng)的操作符。要解決這個問題悼嫉，只需要通過一個本質(zhì)上任意的標識符（label）引用指針艇潭，這種方式被稱為資源。

在zval中，對于resource蹋凝，lval作為指針來使用鲁纠，直接指向資源所在的地址。Resource可以是任意的復合結(jié)構(gòu)鳍寂，我們熟悉的mysqli改含、fsock、memcached等都是資源迄汛。

如何使用資源：

注冊：對于一個自定義的數(shù)據(jù)類型捍壤，要想將它作為資源。首先需要進行注冊鞍爱，zend會為它分配全局唯一標示鹃觉。

獲取一個資源變量：對于資源，zend維護了一個id->實際數(shù)據(jù)的hash_tale睹逃。對于一個resource盗扇，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沉填。

資源銷毀：資源的數(shù)據(jù)類型是多種多樣的疗隶。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)拜轨。當unset資源時抽减，zend調(diào)用相應的函數(shù)完成析構(gòu)。同時從全局資源表中刪除它橄碾。

資源可以長期駐留卵沉，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)生之后法牲。這些資源稱為持久資源史汗，因為它們貫通SAPI的整個生命周期持續(xù)存在，除非特意銷毀拒垃。很多情況下停撞，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)存悼瓮，這樣在請求結(jié)束的時候不會釋放戈毒。 對zend來說，對兩者本身并不區(qū)分横堡。

變量作用域

PHP中的局部變量和全局變量是如何實現(xiàn)的埋市？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)命贴，其中前者用來維護全局變量道宅。后者是一個指針棍现，指向當前活動的變量符號表豹缀，當程序進入到某個函數(shù)中時蝎土，zend就會為它分配一個符號表x同時將active_symbol_table指向a蝙昙。通過這樣的方式實現(xiàn)全局、局部變量的區(qū)分泞当。

獲取變量值：PHP的符號表是通過hash_table實現(xiàn)的迹蛤，對于每個變量都分配唯一標識，獲取的時候根據(jù)標識從表中找到相應zval返回襟士。

函數(shù)中使用全局變量：在函數(shù)中笤受，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中同名變量的引用敌蜂，如果symbol_table中沒有同名變量則會先創(chuàng)建。

作者：flysharp

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