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PHP执行原理

2017-01-18  本文已影响262人  人在码途

PHP执行原理**

php是一门应用非常简单，开发效率极高的一门语言，其弱类型的变量能省去程序员大量的定义变量、类型转换等的时间和精力。它是一种适用于web开发的动态语言。

1. php设计的原理和特点

2. php的四层体系

php.jpg

php从上到下一共四层体系：

3. Sapi

如前所属，Sapi通过一些列的接口，使外部应用可以和php交换数据并可以根据不同的应用特点实现特定的处理方法，常见的sapi有：

4. php代码的执行流程

stream.jpg

从图中可以看出，php通过Zend引擎实现了一个典型的动态语言的执行过程：获取一段代码片段，经过词法解析、语法解析等阶段，源程序被翻译成一个个指令（opcodes），然后Zend虚拟机顺序执行这些指令。PHP本身是用C语言实现的，因此最终调用的也是C语言的函数。

PHP的执行的核心是翻译出来的一条一条指令，也即opcode

Opcode是PHP程序执行的最基本单位。一个opcode由两个参数(op1,op2)、返回值和处理函数组成。PHP程序最终被翻译为一组opcode处理函数的顺序执行。

常用的几个函数：

5. Zend引擎介绍

Zend引擎作为php的内核，主要的设计机制有：

5.1 实现HashTable数据结构

HashTable是Zend的核心数据结构，在php里面几乎用来实现所有功能，php的数据array()就是典型的应用。此外在Zend内部，如函数符号表、全景变量都是通过HashTable来实现的。

Zend hash table 实现了典型的hash表散列结构，同时通过附加一个双向链表，提供了正向、反向、遍历数组的功能，结构如图：

hashtable.jpg

可以看到，在hash table中既有key->value形式的散列结构，也有双向链表模式，使得它能够非常方便的支持快速查找和线性遍历。
** 散列结构**：Zend的散列结构是典型的hash表模型，通过链表的方式来解决冲突。需要注意的是zend的hash table是一个自增长的数据结构，当hash表数目满了之后，其本身会动态以2倍的方式扩容并重新元素位置。初始大小均为8。另外，在进行 key->value快速查找时候，zend本身还做了一些优化，通过空间换时间的方式加快速度。比如在每个元素中都会用一个变量 nKeyLength标识key的长度以作快速判定。
双向链表：Zend hash table通过一个链表结构，实现了元素的线性遍历。理论上，做遍历使用单向链表就够了，之所以使用双向链表，主要目的是为了快速删除，避免遍历。 Zend hash table是一种复合型的结构，作为数组使用时，即支持常见的关联数组也能够作为顺序索引数字来使用，甚至允许2者的混合。
PHP关联数组：关联数组是典型的hash_table应用。一次查询过程经过如下几步（从代码可以看出，这是一个常见的hash查询过程并增加一些快速判定加速查找）：

01  getKeyHashValue h;
02  index = n & nTableMask;
03  Bucket *p = arBucket[index];
04  while (p) {
05      if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
06          RETURN p->data;   
07      }
08      p=p->next;
09  }
10  RETURN FALTURE;

PHP索引数组：索引数组就是我们常见的数组，通过下标访问。例如 arr[0]，Zend HashTable内部进行了归一化处理，对于index类型key同样分配了hash值和nKeyLength(为0)。内部成员变量 nNextFreeElement就是当前分配到的最大id，每次push后自动加一。正是这种归一化处理，PHP才能够实现关联和非关联的混合。由于 push操作的特殊性，索引key在PHP数组中先后顺序并不是通过下标大小来决定，而是由push的先后决定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;对于double类型的key，Zend HashTable会将他当做索引key处理

5.2 PHP变量的实现原理

PHP是一门弱类型语言，不严格区分变量的类型。PHP的变量可以分为简单类型（int、sting、bool）、集合类型(array, resource, object) 和常量(const)，所有的变量在底层都所以同一种结构zval

zval是zend中非常重要的数据结构，用来标示并实现php的变量，其数据结构如下：

struct _zval_struct {
    zvalue_value value;     /* value */
    zend_uint refcount__gc;  /* variable ref count */
    zend_uchar type;          /* active type */
    zend_uchar is_ref__gc;    /* if it is a ref variable */
};
typedef struct _zval_struct zval;

其中，

typedef union _zvalue_value {
    long lval;                  /* long value */
    double dval;                /* double value */
    struct {                    /* string */
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;              /* hash table value,used for array */
    zend_object_value obj;      /* object */
} zvalue_value;

#define IS_NULL     0
#define IS_LONG     1
#define IS_DOUBLE   2
#define IS_BOOL     3
#define IS_ARRAY    4
#define IS_OBJECT   5
#define IS_STRING   6
#define IS_RESOURCE 7
#define IS_CONSTANT 8
#define IS_CONSTANT_ARRAY   9
#define IS_CALLABLE 10
5.2.1 整数、浮点数变量

整数、浮点数是PHP中的基础类型之一，也是一个简单型变量。对于整数和浮点数，在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。
从zvalue结构中可以看出，对于整数类型，和c等强类型语言不同，PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的，对它来说，整数只有一种类型也就是long。由此，可以看出，在PHP里面，整数的取值范围是由编译器位数来决定而不是固定不变的。在php中如果整数越界了会发生什么？php会自动给整数转换成浮点数类型

对于浮点数，类似整数，它也不区分float和double而是统一只有double一种类型

5.2.2 字符变量

和整数一样，字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。通过zvalue结构可以看出，在PHP中，字符串是由由指向实际数据的指针和长度结 构体组成，这点和c++中的string比较类似。由于通过一个实际变量表示长度，和c不同，它的字符串可以是2进制数据（包含\0），同时在PHP中， 求字符串长度strlen是O(1)操作

常见的字符串拼接方式及速度比较：

假设有如下4个变量：strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456;
现在对如下的几种字符串拼接方式做一个比较和说明：
1 res = strA.strB和res = “strAstrB”
这种情况下，zend会重新malloc一块内存并进行相应处理，其速度一般。
2 strA = strA.strB
这种是速度最快的，zend会在当前strA基础上直接relloc，避免重复拷贝
3 res = intA.intB
这种速度较慢，因为需要做隐式的格式转换，实际编写程序中也应该注意尽量避免
4 strA = sprintf (“%s%s”,strA，strB);
这会是最慢的一种方式，因为sprintf在PHP中并不是一个语言结构，本身对于格式识别和处理就需要耗费比较多时间，另外本身机制也是malloc。不过sprintf的方式最具可读性，实际中可以根据具体情况灵活选择。

5.2.3 数组变量

PHP的数组是通过Zend Hash Table来天然实现。

foreach操作如何实现？对一个数组的foreach就是通过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组，通过foreach遍 历效率比for高很多，省去了key->value的查找。count操作直接调用 HashTable->NumOfElements，O(1)操作。对于’123’这样的字符串，zend会转换为其整数形 式。arr[‘123’]和arr[123]

5.3 PHP变量管理-引用计数和写时拷贝

引用计数在内存回收、字符串操作等地方使用非常广泛。Zval的引用计数通过成员变量is_ref和ref_count实现，通过引用计数，多个变量可以共享同一份数据。避免频繁拷贝带来的大量消耗。在进行赋值操作时，zend将变量指向相同的zval同时ref_count++，在unset操作时，对应的ref_count-1。只有ref_count减为0时才会真正执行销毁操作。如果是引用赋值，则zend会修改is_ref为1。

PHP变量通过引用计数实现变量共享数据，那如果改变其中一个变量值呢？当试图写入一个变量时，Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享，则为其复制一份ref_count为1的zval，并递减原zval的refcount，这个过程称为“zval分离”。可见，只有在有写操作发生时 zend才进行拷贝操作，因此也叫copy-on-write(写时拷贝)

对于引用型变量，其要求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修改一个变量就修改了所有捆绑变量。

5.4 PHP局部变量和全局变量的实现：

PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的？对于一个请求，任意时刻PHP都可以看到两个符号表(symbol_table和 active_symbol_table)，其中前者用来维护全局变量。后者是一个指针，指向当前活动的变量符号表，当程序进入到某个函数中时，zend 就会为它分配一个符号表x同时将active_symbol_table指向a。通过这样的方式实现全局、局部变量的区分。

获取变量值：PHP的符号表是通过hash_table实现的，对于每个变量都分配唯一标识，获取的时候根据标识从表中找到相应zval返回。

函数中使用全局变量：在函数中，我们可以通过显式申明global来使用全局变量。在active_symbol_table中创建symbol_table中同名变量的引用（引用变量的值要更新大家会一起更新），如果symbol_table中没有同名变量则会先创建。

参考：

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