php底层的运行机制和原理
php设计的理念及特点
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本文以PHP7为例子
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PHP 被设计为一种适用于web开发的动态脚本语言，同时具有解释型和弱类型，底层完全由C语言实现。
- 解释型即程序边运行边解释，一行一行运行。
- 弱类型即变量类型一开始并不是确定的，可能在运行过程中发生隐式或显式转换，这是php的底层的zval结构体决定的，这种机制的灵活性在web开发中非常方便、高效。
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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全盘服务造成影响， 当然，随着时代发展，PHP也早已经支持多线程模型。
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引擎（Zend） + 组件（ext）的模式降低内部耦合。
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中间层（sapi）隔绝web server 和 PHP。
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语法简单灵活，没有太多规范。
PHP 的四层体系
PHP的核心架构如下图：
从上图可以看出，PHP从下到上是一个4层体系：
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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。
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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）。
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Sapi：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。
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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。
如果PHP是一辆车，那么车的框架就是PHP本身，Zend是车的引擎（发动机），Ext下面的各种组件就是车的轮子，Sapi可以看做是公路，车可以跑在不同类型的公路上，而一次PHP程序的执行就是汽车跑在公路上。因此，我们需要：性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。
Sapi
如前所述，Sapi通过通过一系列的接口，使得外部应用可以和PHP交换数据并可以根据不同应用特点实现特定的处理方法，我们常见的一些sapi有：
- apache2handler：这是以apache作为webserver，采用mod_PHP模式运行时候的处理方式，也是现在应用最广泛的一种。
- cgi：这是webserver和PHP直接的另一种交互方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi协议，在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的应用，也是异步webserver所唯一支持的方式。
- cli：命令行调用的应用模式
PHP的执行流程&opcode
我们先来看看PHP代码的执行所经过的流程。
从图上可以看到，PHP实现了一个典型的动态语言执行过程：拿到一段代码后，经过此法解析、语法解析等阶段后，源程序会被翻译成一个个指令（opcodes），然后Zend虚拟机顺次执行这些指令完成操作。PHP本身是用C实现的，因此最终调用的也都是C的函数，实际上，我们可以把PHP看做是一个C开发的软件。
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PHP的执行的核心是翻译出来一条一条指令，也即opcode
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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程勋最终被翻译为一组opcode处理函数的顺序执行。
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常见的几个处理函数
PHP
1 ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配 （$a=$b）
2 ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函数调用
3 ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 $a.$b
4 ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算 $a+2
5 ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 $a==1
6 ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 $a===1
Hash Table —— 核心数据结构
HashTable 是Zend的核心数据结构，在PHP里面几乎被用来实现所有常见的功能，我们知道的PHP数组即是其典型应用，此外，在zend内部，如函数符号表、全局变量等也都是基于Hash Table来实现。
- PHP的hash table 具有如下特点：
- 支持典型的key——> value查询
- 可以当做数组使用
- 添加、删除节点是 O（1）复杂度
- key 支持混合类型：同时存在关联数组和索引数组
- value 支持混合类型：array("string", 23332)
- 支持线性遍历：如 foreach
Zend Hash Table 实现了典型的hash表散列结构，同时通过附加一个单向链表【PHP5时为双向链表】，来解决同一个Bucket上hash冲突问题，其结构如下图：
可以看到， 在hash table中既有前面的索引数组指向对应的Bucket， 也有单向链表模式，使得它能够非常方便的支持快速查找，同时后面的Bucket数组是按顺序插入的，所以很好的支持了线性遍历。
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散列结构：Zend的散列结构是典型的hash表模型，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倍的方式扩容并从旧的地址遍历复制元素到新的地址。初始大小均为8。
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单向链表：是一个逻辑上的单向链表结构。并避免了同一个Bucket上的hash冲突。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。
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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：
1、先根据哈希算法以及key计算出h，
2、然后 h | nTableMask = nIndex
3、拿着nIndex从*arData的索引数组中查找，nIndex代表索引数组的位置。
4、上一步得到的值就是对应Bucket数组中的下标，
5、根据下标判断当前Bucket中的key是否与要查询的key相等
6、如果不相等，继续通过单链表next指向的地址，重复5和6，直到找到key或者链表结束代表key不存在。
PHP 变量
PHP是一门弱类型语言，本身不严格区分变量的类型。PHP在变量申明的时候不需要指定类型。PHP在程序运行期间可能进行变量类型的隐示转换。和其他强类型语言一样，程序中也可以进行显示的类型转换。
PHP变量可以分为简单类型(int、float、bool)、集合类型(string、array resource object)和常量(const)。
PHP没有真正的float和int，PHP中的浮点数float 在底层是double，整型变量是 long int
PHP的字符串是二进制安全的，字符串中有len字段用来表示长度
PHP的数组是hash table，是线程安全的，不允许空值，但在迭代是会被锁住，数组过大时性能会急剧下降。
以上所有的变量在底层都是同一种结构 zval结构体。
zval是zend中另一个非常重要的数据结构，用来标识并实现PHP变量，其数据结构如下：
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type, /* active type 主要是这个字段*/
zend_uchar type_flags,
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) */
} v;
uint32_t type_info;
} u1;
union {
uint32_t next; /* hash collision chain */
uint32_t cache_slot; /* literal cache slot */
uint32_t lineno; /* line number (for ast nodes) */
uint32_t num_args; /* arguments number for EX(This) */
uint32_t fe_pos; /* foreach position */
uint32_t fe_iter_idx; /* foreach iterator index */
uint32_t access_flags; /* class constant access flags */
uint32_t property_guard; /* single property guard */
uint32_t extra; /* not further specified */
} u2;
};
Zval 主要由三部分组成：
联合体：value 用来存放变量的值，是一个叫做zend_value的联合体
联合体：u1 标明变量的属性
联合体：u2 标明变量被使用的情况
- 结构体和联合体
- struct(结构体) 和 union(联合体)
- 结构体是8字节对齐，不够8字节的部分则空出来；
- 联合体共用一个8字节，共享这8字节的内存，后使用的会覆盖先使用的
- 结构体和联合体在形式上是相似的
变量的值实际存储在zend_value的联合体中，也就是value联合体, 联合体比结构体要节省很多空间，也由此实现了弱类型。
如果
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value */ // 整型
double dval; /* double value */ // 浮点型
zend_refcounted *counted;
zend_string *str; // 字符串
zend_array *arr; // 数组
zend_object *obj; // 对象
zend_resource *res; // 资源
zend_reference *ref; // 引用
zend_ast_ref *ast;
zval *zv;
void *ptr;
zend_class_entry *ce; // 类
zend_function *func; // 函数
struct {
uint32_t w1;
uint32_t w2;
} ww;
} zend_value;
PHP变量类型用 u1 联合体来标示，其中u1结构如下
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type, /* active type 主要是这个字段*/
zend_uchar type_flags,
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) */
} v;
uint32_t type_info;
} u1;
和 value结构体 实际存储 对应关系
type的值如下：
IS_UNDEEF -> 0 // 未定义类型
IS_NULL -> 1 // null类型
IS_FALSE -> 2 // bool 假
IS_TRUE -> 3 // bool 真
IS_LONG -> 4 // 整型（长）
IS_DOUBLE -> 5 // 浮点 （double）
IS_STRING ->6 // string
IS_ARRAY -> 7 // 数组
IS_OBJECT -> 8 // 对象
IS_RESOURCE -> 9 // 资源
IS_REFERENCE ->10 // 引用
当知道u1中type的值之后，我们去 _zend_value 也是就 value联合体中取对应类型的值
比如，type 是 IS_LONG ，zval 就是整型，我们就去value中取 lval，这就是一个php的整型变量，一共占8+4+4=16字节，直接复制。
