浅析 PHP7 底层运行机制

PHP7 代码执行过程

PHP 是解释型语言,其执行过程需先编译成中间代码,再经由特定的虚拟机,翻译成特定的指令被执行。其执行过程如下:

PHP 代码 => Token => 抽象语法树 => Opcodes => 执行

各个步骤内容如下:

  • 源代码通过词法分析得到 Token
    Token 是 PHP 代码被切割成的有意义的标识。PHP7 一共有 137 种 Token,在 zend_language_parser.h 文件中做了定义。

  • 基于语法分析器将 Token 转换成抽象语法树(AST)
    Token 就是一个个的词块,但是单独的词块不能表达完整的语义,还需要借助一定的规则进行组织串联。所以就需要语法分析器根据语法匹配 Token,将 Token 进行串联。语法分析器串联完 Token 后的产物就是抽象语法树(AST,Abstract Syntax Tree)。
    AST 是 PHP7 版本的新特性,之前版本的 PHP 代码的执行过程中是没有生成 AST 这一步的。它的作用主要是实现了 PHP 编译器和解释器的解耦,提升了可维护性。

  • 将语法树转换成 Opcode
    需要将语法树转换成 Opcode,才能被引擎直接执行。

  • 执行 Opcodes
    opcodes 是 opcode 的集合形式,是 PHP 执行过程中的中间代码。PHP 工程优化措施中有一个比较常见的 “开启 opcache”,指的技术这里将 opcodes 进行缓存。通过省去从源码到 opcode 的阶段,引擎直接执行缓存好的 opacode,以提升性能。

PHP7 内核架构

浅析 PHP7 底层运行机制

要把这张图印在脑海里

  • zend 引擎
    词法 / 语法分析、AST 编译和 opcodes 的执行均在 Zend 引擎中实现。此外,PHP 的变量设计、内存管理、进程管理等也在引擎层实现。

  • PHP 层
    zend 引擎为 PHP 提供基础能力,而来自外部的交互则需要通过 PHP 层来处理。

  • SAPI
    server API 的缩写,其中包含了场景的 cli SAPI 和 fpm SAPI。只要遵守定义好的 SAPI 协议,外部模块便可与 PHP 完成交互。

  • 扩展部分
    依据 zend 引擎提供的核心能力和接口规范,可以进行开发扩展。

PHP 7 源码结构

php 7 的源码主要目录有:sapi 、Zend、main、ext 和 TSRM 这几个。

sapi 目录
sapi 目录是对输入和输出层的抽象,是 PHP 提供对外服务的规范。

几种常用的 SAPI:

1)apache2handler: Apache 扩展,编译后生成动态链接库,配置到 Apache 下。当有 http 请求到 Apache 时,根据配置会调用此动态链接库来执行 PHP 代码,完成与 PHP 的交互。

2)cgi-fcgi: 编译后生成支持 CGI 协议的可执行程序,webserver(如 NGINX)通过 CGI 协议把请求传给 CGI 进程,CGI 进程根据请求执行相应代码后将执行结果返回给 webserver。

3)fpm-fcgi: fpm 是 FastCGI 进程管理器。以 NGINX 服务器为例,当有请求发送到 NGINX 服务器,NGINX 按照 FastCGI 协议把请求交给 php-fpm 进程处理。

4)cli: PHP 的命令行交互接口

  • Zend 目录
    Zend 目录是 PHP 的核心代码。PHP 中的内存管理,垃圾回收、进程管理、变量、数组实现等均在该目录的源码里。

  • main 目录
    main 目录是 SAPI 层和 Zend 层的黏合剂。Zend 层实现了 PHP 脚本的编译和执行,sapi 层实现了输入和输出的抽象,main 目录则在它们中间起着承上启下的作用。承上,解析 SAPI 的请求,分析要执行的脚本文件和参数;启下,调用 zend 引擎之前,完成必要的模块初始化等工作。

  • ext 目录
    ext 是 PHP 扩展相关的目录,常用的 array、str、pdo 等系列函数都在这里定义。

  • TSRM
    TSRM(Thread Safe Resource Manager)—— 线程安全资源管理器, 是用来保证资源共享的安全。

参考资料
《PHP7 底层设计与源码实现》

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