PHP架构剖析

一：PHP是什么

PHP（“PHP: Hypertext Preprocessor”，超文本预处理器的字母缩写）是一种被广泛应用的开放源代码的多用途脚本语言，它可嵌入到 HTML中，尤其适合 web 开发。

当我们查看PHP手册的时候，PHP给我们提供了大量的特性，大量的函数，供我们开发程序使用，以此来简化程序的开发。

二：PHP源码目录结构

我们先看看php的源码目录结构，从目录结构我们也可以窥见php底层的一些架构设计

• 根目录: /这个目录包含的东西比较多，主要包含一些说明文件以及设计方案。 其实项目中的这些README文件是非常值得阅读的例如：
  • /README.PHP4-TO-PHP5-THIN-CHANGES 这个文件就详细列举了PHP4和PHP5的一些差异。
  • 还有有一个比较重要的文件/CODING_STANDARDS，如果要想写PHP扩展的话，这个文件一定要阅读一下， 不管你个人的代码风格是什么样，怎么样使用缩进和花括号，既然来到了这样一个团体里就应该去适应这样的规范，这样在阅读代码或者别人阅读你的 代码是都会更轻松。
• build： 顾名思义，这里主要放置一些和源码编译相关的一些文件，比如开始构建之前的buildconf脚本等文件，还有一些检查环境的脚本等。
• ext ：官方扩展目录，包括了绝大多数PHP的函数的定义和实现，如array系列，pdo系列，spl系列等函数的实现，都在这个目录中。个人写的扩展在测试时也可以放到这个目录，方便测试和调试。
• main ：这里存放的就是PHP最为核心的文件了，主要实现PHP的基本设施，这里和Zend引擎不一样，Zend引擎主要实现语言最核心的语言运行环境。
• Zend： Zend引擎的实现目录，比如脚本的词法语法解析，opcode的执行以及扩展机制的实现等等。
• pear： “PHP 扩展与应用仓库”，包含PEAR的核心文件。
• sapi： 包含了各种服务器抽象层的代码，例如apache的mod_php，cgi，fastcgi以及fpm等等接口。
• TSRM ：PHP的线程安全是构建在TSRM库之上的，PHP实现中常见的*G宏通常是对TSRM的封装，TSRM(Thread Safe Resource Manager)线程安全资源管理器。
• tests： PHP的测试脚本集合，包含PHP各项功能的测试文件
• win32： 这个目录主要包括Windows平台相关的一些实现，比如sokcet的实现在Windows下和*Nix平台就不太一样，同时也包括了Windows下编译PHP相关的脚本。

三：PHP的设计理念和特点

• 多进程模型：由于PHP是多进程模型，不同请求间互不干涉，这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响，当然，随着时代发展，PHP也早已支持多线程模型。
• 弱类型语言：和C/C++、Java、C#等语言不同，PHP是一门弱类型语言。一个变量的类型并不是一开始就确定不变，运行中才会确定并可能发生隐式或显式的类型转换，这种机制的灵活性在web开发中非常方便、高效，具体会在后面PHP变量中详述。
• 引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。
• 中间层(sapi)隔绝web server和PHP。
• 语法简单灵活，没有太多规范。缺点导致风格混杂，但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。

四：PHP核心架构

PHP的核心架构图如下（来自网络）

从上图可以看出，PHP基本是一个4层的架构体系：

• Zend引擎：Zend整体用纯C实现，是PHP的内核部分，它将PHP代码翻译（词法、语法解析等一系列编译过程）为可执行opcode的处理并实现相应的处理方法、实现了基本的数据结构（如hashtable、oo）、内存分配及管理、提供了相应的api方法供外部调用，是一切的核心，所有的外围功能均围绕Zend实现。
• Extensions：围绕着Zend引擎，extensions通过组件式的方式提供各种基础服务，我们常见的各种内置函数（如array系列）、标准库等都是通过extension来实现，用户也可以根据需要实现自己的extension以达到功能扩展、性能优化等目的（如贴吧正在使用的PHP中间层、富文本解析就是extension的典型应用）。
• SAPI：SAPI提供了一个和外部通信的接口。Sapi全称是Server Application Programming Interface，也就是服务端应用编程接口，Sapi通过一系列钩子函数，使得PHP可以和外围交互数据，这是PHP非常优雅和成功的一个设计，通过sapi成功的将PHP本身和上层应用解耦隔离，PHP可以不再考虑如何针对不同应用进行兼容，而应用本身也可以针对自己的特点实现不同的处理方式。对于PHP，默认提供很多SAPI，比如给apache的mod_php5,CGI,还有sehll的CLI等
• 上层应用：这就是我们平时编写的PHP程序，通过不同的sapi方式得到各种各样的应用模式，如通过webserver实现web应用、在命令行下以脚本方式运行等等。

Zend引擎

Zend引擎是PHP实现的核心，提供了语言实现上的基础设施。
例如：PHP的语法实现，脚本的编译运行环境， 扩展机制以及内存管理等。

目前PHP的实现和Zend引擎之间的关系非常紧密，甚至有些过于紧密了，例如很多PHP扩展都是使用的Zend API， 而Zend正是PHP语言本身的实现，PHP只是使用Zend这个内核来构建PHP语言的，而PHP扩展大都使用Zend API， 这就导致PHP的很多扩展和Zend引擎耦合在一起了。

zend虚拟机体系图：

SAPI

在其生命周期的各个阶段，一些与服务相关的操作都是通过SAPI接口实现。 这些内置实现的物理位置在PHP源码的SAPI目录。这个目录存放了PHP对各个服务器抽象层的代码， 例如命令行程序的实现，Apache的mod_php模块实现以及fastcgi的实现等等。
在各个服务器抽象层之间遵守着相同的约定，这里我们称之为SAPI接口。 每个SAPI实现都是一个_sapi_module_struct结构体变量。（SAPI接口）。 在PHP的源码中，当需要调用服务器相关信息时，全部通过SAPI接口中对应方法调用实现， 而这对应的方法在各个服务器抽象层实现时都会有各自的实现。

sapi的简单示意图：

Extensions

如果php提供的各种功能还不能适合你的应用，那么你也可以自己开发扩展来满足你的需求。
我们常见的各种内置函数（如array系列）、标准库等都是通过extension来实现，用户也可以根据需要实现自己的extension以达到功能扩展

上层应用

就是我们自己写的PHP程序

五：PHP的生命周期

PHP程序的启动有2个概念上的启动，终止也有2个概念上的终止。
其中一个是PHP作为Apache（拿Apache举例）的一个模块的启动和终止，这次启动会初始化一些必要的数据，比如与宿主Apache有关的，并且这些书是常驻内存的。终止与之相对。
还有一个概念上的启动就是当Apache分配一个页面请求过来的时候，PHP会有一次启动和终止，这是我们常讨论的一种。

PHP扩展的生命旅程所执行的4个过程：

1、 在最初的初始化时候，就是PHP随着Apache启动而诞生在内存的时候，它会把自己所有的扩展的MINIT方法（全称Module Initialization，是由每个模块自己定义的函数）都执行一遍。在这个时间里，扩展可以定义一些自己的常量，类，资源等所有会被用户的的PHP脚本用到的东西。请记住：这里定义的东西都会随Apache常驻内存，可以被所有请求使用，知道Apache卸载掉PHP模块！

内核中预置了PHP_MINIT_FUNCTION宏函数，来帮助我们实现这个功能。

2、当一个页面请求到来时候，PHP会迅速的开辟一个新的环境，并重新扫描自己的各个扩展， 遍历执行它们

各自的RINIT方法(俗称Request Initialization)， 这时候一个扩展可能会初始化在本次请求中会使用到的变量
等， 还会初始化等会儿用户端（即PHP脚本）中的变量之类的。
内核预置了PHP_RINIT_FUNCTION()这个宏函数来帮我们实现这个功能。

3、好了，现在这个页面请求执行的差不多了，可能是顺利的走到了自己文件的最后， 也可能是出师未捷，半

道被用户给die或者exit了， 这时候PHP便会启动回收程序，收拾这个请求留下的烂摊子。 它这次会执行所
有已加载扩展的RSHUTDOWN（俗称Request Shutdown）方法， 这时候扩展可以抓紧利用内核中的变量
表之类的做一些事情， 因为一旦PHP把所有扩展的RSHUTDOWN方法执行完， 便会释放掉这次请求使用
过的所有东西， 包括变量表的所有变量、所有在这次请求中申请的内存等等。
内核预置了PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION宏函数来帮助我们实现这个功能

4、前面该启动的也启动了，该结束的也结束了，现在该Apache老人家歇歇（Apache停止）的时候，当Apache通知PHP自己要Stop的时候，PHP便进入MSHUTDOWN（俗称Module Shutdown）阶段。这时候PHP便会给所有扩展下最后通牒，如果哪个扩展还有未了的心愿，就放在自己MSHUTDOWN方法里，这可是最后的机会了，一旦PHP把扩展的MSHUTDOWN执行完，便会进入自毁程序，这里一定要把自己擅自申请的内存给释放掉，否则就杯具了。

内核中预置了PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION宏函数来帮助我们实现这个功能

PHP生命周期

前面我们说了PHP扩展执行的4个过程，依次进行Module init、Request init、Request Shutdown、Module shutdown四个过程，当然之间还会执行脚本自己的逻辑。 那么两种init和两种shutdown各会执行多少次、各自的执行频率有多少呢？ 这取决与PHP是用什么sapi与宿主通信的。最常见的四种方式如下所列：

• 直接以CLI/CGI模式调用
• 多进程模式
• 多线程模式
• Embedded(嵌入式，在自己的C程序中调用Zend Engine)

1、 CLI/CIG

CLI和CGI的SAPI是相当特殊的，因为这时PHP的生命周期完全在一个单独的请求中完成。虽然简单，不过
我们以前提过的两种init和两种shutdown仍然都会被执行。

2.、多进程模式

因为是fork出来的，所以各个进程间的数据是彼此独立，不会受到外界的干扰(ps：fork后可以用管道等方
式实现进程间通信)。 这是一片独立天地，它允许每个子进程做任何事情，玩七十码、躲猫猫都没人管，办
公室拿砍刀玩自杀也没事， 下图展示了从apache的视角来看多进程工作模式下的PHP：

3、多线程模式

随着时代的进步，PHP越来越多的在多线程模式下工作，就像IIS的isapi和Apache MPM worker(支持混合
的多线程多进程的多路处理模块)。 在这种模式下，只有一个服务器进程在运行着，但会同时运行很多线程，这样可以减少一些资源开销， 像Module init和Module shutdown就只需要运行一次就行了，一些全局
变量也只需要初始化一次， 因为线程独具的特质，使得各个请求之间方便的共享一些数据成为可能。

4、Embed

Embed SAPI是一种比较特殊的sapi，容许你在C/C++语言中调用PHP/ZE提供的函数。 并且这种sapi和上
面的三种一样，按Module Init、Request Init、Rshutdown、mshutdown的流程执行着。 当然，这只是其中
一种情况。因为特定的应用有自己特殊的需求，只是在处理PHP脚本这个环节基本一致。

参考：

1.http://www.laruence.com/2008/08/12/180.html 深入理解Zend SAPIs(Zend SAPI Internals)
2.http://www.php-internals.com/book/?p=chapt02/02-01-php-life-cycle-and-zend-engine 生命周期和Zend引擎
3.http://www.laruence.com/2008/08/03/201.html 揭秘TSRM(Introspecting TSRM)