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PHP底層的運行機制與原理

　　PHP說簡單，但是要精通也不是一件簡單的事。我們除了會使用之外，還得知道它底層的工作原理。就跟隨百分網小編一起去了解下吧，想了解更多相關信息請持續關注我們應屆畢業生考試網!

　　PHP是一種適用于web開發的動態語言。具體點說，就是一個用C語言實現包含大量組件的軟件框架。更狹義點看，可以把它認為是一個強大的UI框架。

　　了解PHP底層實現的目的是什么?動態語言要像用好首先得了解它，內存管理、框架模型值得我們借鑒，通過擴展開發實現更多更強大的功能，優化我們程序的性能。

　　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，這樣保證了一個請求掛掉不會對全盤服務造成影響，當然，隨著時代發展，PHP也早已支持多線程模型。

　　弱類型語言：和C/C++、Java、C#等語言不同，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，運行中才會確定并可能發生隱式或顯式的類型轉換，這種機制的靈活性在web開發中非常方便、高效，具體會在后面PHP變量中詳述。

　　引擎(Zend)+組件(ext)的模式降低內部耦合。

　　中間層(sapi)隔絕web server和PHP。

　　語法簡單靈活，沒有太多規范。缺點導致風格混雜，但再差的程序員也不會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，是PHP的內核部分，它將PHP代碼翻譯(詞法、語法解析等一系列編譯過程)為可執行opcode的處理并實現相應的處理方法、實現了基本的數據結構(如hashtable、oo)、內存分配及管理、提供了相應的api方法供外部調用，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞Zend實現。

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

　　Sapi：Sapi全稱是Server Application Programming Interface，也就是服務端應用編程接口，Sapi通過一系列鉤子函數，使得PHP可以和外圍交互數據，這是PHP非常優雅和成功的一個設計，通過sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離，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不同的處理方式。

　　上層應用：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用模式，如通過webserver實現web應用、在命令行下以腳本方式運行等等。

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

　　3.Sapi

　　如前所述，Sapi通過通過一系列的接口，使得外部應用可以和PHP交換數據并可以根據不同應用特點實現特定的處理方法。

　　我們常見的一些sapi有：

　　apache2handler：這是以apache作為webserver，采用mod_PHP模式運行時候的處理方式，也是現在應用最廣泛的一種。

　　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協議，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。

　　cli：命令行調用的應用模式。

　　4.PHP的執行流程&opcode

　　我們先來看看PHP代碼的執行所經過的流程。

　　從圖上可以看到，PHP實現了一個典型的動態語言執行過程：拿到一段代碼后，經過詞法解析、語法解析等階段后，源程序會被翻譯成一個個指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機順次執行這些指令完成操作。PHP本身是用C實現的，因此最終調用的也都是C的函數，實際上，我們可以把PHP看做是一個C開發的軟件。

　　PHP的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令，也即opcode。

　　Opcode是PHP程序執行的最基本單位。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、返回值和處理函數組成。PHP程序最終被翻譯為一組opcode處理函數的順序執行。

　　常見的幾個處理函數：

　　ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變量分配 ($a=$b)ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函數調用ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 $a.$bZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算 $a+2ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 $a==1ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判斷相等 $a===1

　　5. HashTable — 核心數據結構

　　HashTable是zend的核心數據結構，在PHP里面幾乎并用來實現所有常見功能，我們知道的PHP數組即是其典型應用，此外，在zend內部，如函數符號表、全局變量等也都是基于hash table來實現。

　　PHP的hash table具有如下特點：

　　支持典型的key->value查詢

　　可以當做數組使用

　　添加、刪除節點是O(1)復雜度

　　key支持混合類型：同時存在關聯數組合索引數組

　　Value支持混合類型：array (“string”,2332)

　　支持線性遍歷：如foreach

　　Zend hash table實現了典型的hash表散列結構，同時通過附加一個雙向鏈表，提供了正向、反向遍歷數組的功能。其結構如下圖：

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

　　散列結構：Zend的散列結構是典型的hash表模型，通過鏈表的方式來解決沖突。需要注意的是zend的hash table是一個自增長的數據結構，當hash表數目滿了之后，其本身會動態以2倍的方式擴容并重新元素位置。初始大小均為8。另外，在進行key->value快速查找時候，zend本身還做了一些優化，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。

　　雙向鏈表：Zend hash table通過一個鏈表結構，實現了元素的線性遍歷。理論上，做遍歷使用單向鏈表就夠了，之所以使用雙向鏈表，主要目的是為了快速刪除，避免遍歷。Zend hash table是一種復合型的結構，作為數組使用時，即支持常見的關聯數組也能夠作為順序索引數字來使用，甚至允許2者的混合。

　　PHP關聯數組：關聯數組是典型的hash_table應用。一次查詢過程經過如下幾步(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。)：

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

　　PHP索引數組：索引數組就是我們常見的數組，通過下標訪問。例如 $arr[0]，Zend HashTable內部進行了歸一化處理，對于index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內部成員變量nNextFreeElement就是當前分配到的最大id，每次push后自動加一。正是這種歸一化處理，PHP才能夠實現關聯和非關聯的混合。由于push操作的特殊性，索引key在PHP數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。例如 $arr[1] = 2; $arr[2] = 3;對于double類型的key，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，本身不嚴格區分變量的類型。PHP在變量申明的時候不需要指定類型。PHP在程序運行期間可能進行變量類型的隱示轉換。和其他強類型語言一樣，程序中也可以進行顯示的類型轉換。PHP變量可以分為簡單類型(int、string、bool)、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構 zval。

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