Swoole之php高性能框架

 

Swoole介绍

　　swoole是由c语言开发的异步网络通信引擎，被编译为so文件（swoole.so）作为php的extesion扩展。

　　与其他普通扩展不同：

　　　　与普通的扩展不同的是普通的扩展只是提供一个库函数。而swoole扩展在运行后会接管PHP的控制权，进入事件循环。当IO事件发生后，swoole会自动回调指定的PHP函数。　　

 　　高性能：

　　　　swoole使用原生c语言编写，swoole相比apache/fpm，可以常驻内存，主要是节省PHP框架和全局对象每次请求创建销毁带来的性能损耗，提升性能。

 

　　官网 ：https://www.swoole.com/

　　官网手册：https://wiki.swoole.com/wiki/page/1.html

　　php官方手册 ：https://www.php.net/manual/zh/book.swoole.php

 　  swoole源码：https://github.com/swoole/swoole-src

　　来自官网的介绍

　　

　　可以看出Swoole可以支持高并发。在看看Swoole的特性

　　

Swoole架构

　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　swoole架构图

 　　架构说明：

　　　　1. Master进程：是Swoole的主进程, Master里面包含了很多Reactor线程，主要基于Reactor模式用于处理客户端的请求，swoole对于事件的监听都是在这些线程中实现，也包括对信号的处理。

　　　　　Master进程里包含一些线程，比如主线程和Reactor线程组等。

　　　　　　1）主线程（MainReactor）负责监听等待客户端的socket连接，如果有新的连接accept，主线程会根据Reactor线程连接的数量来评估，将新的连接分配给连接数量最少的reactor线程。

　　　　　　2）Reactor线程组负责维持与客户端TCP连接，处理网络IO，异步非阻塞的去收发数据等。Reactor线程在socket可读的时候进行协议解析，将请求投递到worker进程，在socket可写时候将数据发送给客户端。

　　　　　　3）心跳包检测线程（HeartbeatCheck）

　　　　　　4）UDP收包线程（UDPRecv）。

　　　　　　
　　　　2.Manger进程：管理进程。位于Worker进程和Task进程的上层，负责对工作进程的创建及管理，当工作进程由于程序原因异常退出或者被误杀，容易产生僵尸进程，为了保证服务的稳定性，Manger进程会监视工作进程的事件，必要的时候Manger进程重新创建工作进程或者回收。　　
　　　　3.Worker进程：工作进程，负责业务处理。接受Reactor线程的投递请求数据包，并执行PHP回调函数处理数据，worker处理完毕后，通过进程间的通信（比如管道，共享内存，消息队列）生成响应数据返回给Reactor线程。
　　　　4.Task进程：异步耗时任务工作进程。

 

　　一个请求经历的生命周期如下:

　　　　1. Swoole服务器主线程(Master)等待客户端连接请求。
　　　　2. Reactor线程处理接连socket，读取socket上的请求数据(Receive)，将请求封装好后投递给Work进程。
　　　　3. Work进程就是逻辑单元，处理业务数据。
　　　　4. Work进程结果返回给Reactor线程。
　　　　5. Reactor线程将结果返回socket,然后在返回给客户端。

 

Swoole运行模式

　　Swoole最大特点是在于多线程Reactor模式处理网络请求，使其能够面对高并发的大量连接请求。进程常驻内存，程序启动运行只加载一次PHP文件，避免重复加载。全异步非阻塞，占用资源小，使用协程程序执行效率高。解决了传统PHP开发模式的痛点。　　

 

Swoole热重启

　　swoole启动之后只需要加载初始化一次php文件，但是这个也导致一些问题，当修改php文件后不能像传统那样马上就能获取修改后的效果，而是需要先关闭swoole服务然后在重新启动，这样才能重新加载修改后的php代码，但是这样显然是不能接受的，当然swoole已经考虑到这点并提供了解决这样问题的功能。

　　在swoole中可以向主进程发送各种不同信号，主进程根据接收到的信号作出不同的处理。

 

传统php-fpm模式和Swoole的区别

　　1.  php-fpm模式是一个进程池架构的Fastcgi服务，Master 主进程 / Worker 多进程工作模式，每次每个Worker 进程只能接受一个请求，当PHP代码执行完毕，会释放所有的资源（包括初始化一系列的对象，环境设置），下一次请求需要重新再进行初始化等各种繁琐的操作，消耗很多cpu等资源。

　　2. Swoole也是采用的也是 Master/Worker 模式，不同的是 Master 进程有多个 Reactor 线程，Master 只是一个事件发生器，负责监听 Socket 句柄的事件变化。Worker 以多进程的方式运行，接收来自 Reactor 线程的请求，并执行回调函数（PHP 编写）。

　　3. 高并发情况下fpm模式容易502，服务压力大时，worker不够用就会不可响应或响应不过来。如果通过开启多个worker进程会占用大量内存，对服务器压力也很大。

 

Swoole生命周期

　　

 

Swoole使用注意事项

　　　1. 相比传统PHP，更难于上手，需要一点学习成本。

　　　2. 因为是常驻内存，更容易内存泄漏，在处理全局变量，静态变量的时候需要注意，这些是不会被GC清理的变量会存在整个生命周期里，如果不稍加注意这些变量会很容易消耗完内存。修改代码不会马上起作用，需要热更新或者重启。

 

 Swoole安装

　　安装环境要求　

　　安装前必须保证系统已经安装了下列软件
　　php-7.1 或更高版本
　　gcc-4.8 或更高版本
   make
   autoconf

　　1.swoole源码获取并安装

songguojundeMBP:src songguojun$ git clone https://gitee.com/swoole/swoole.git

songguojundeMBP:src songguojun$ ll
total 35488
drwxr-xr-x  10 songguojun  wheel       320  8  4 00:38 ./
drwxr-xr-x  18 root        wheel       576  8  3 21:02 ../
drwxr-xr-x  74 songguojun  wheel      2368  8  4 00:39 swoole/

没有configure文件 那么就需要通过phpize文件去生成configure文件

 执行phpize命令

songguojundeMBP:swoole songguojun$ /usr/local/src/php7/bin/phpize
Configuring for:
PHP Api Version:         20170718
Zend Module Api No:      20170718
Zend Extension Api No:   320170718
songguojundeMBP:swoole songguojun$ ls config*      #执行完毕后目录下吗多了很多文件 比如configure
config.guess    config.h.in    config.m4    config.sub    configure    configure.ac

 注意上面phpize命令要在swoole目录下执行，不然会报错

 查看configure增加了swoole选项，可以根据你的需要来决定是否开启

songguojundeMBP:swoole songguojun$ ./configure --help | grep swoole
  --enable-debug-log        Enable swoole debug log
  --enable-trace-log        Enable swoole trace log
  --enable-swoole           Enable swoole support

2.执行configure

songguojundeMBP:swoole songguojun$ ./configure --with-php-config=/usr/local/src/php7/bin/php-config  #这里指定具体的php配置目录，因为我本地环境有多个php版本

3.执行make

songguojundeMBP:swoole songguojun$ make && make install          

........

Build complete.
Don't forget to run 'make test'.

Installing shared extensions:     /usr/local/src/php7/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20170718/      #这里提示swoole扩展安装到这个目录下了
Installing header files:          /usr/local/src/php7/include/php/
songguojundeMBP:swoole songguojun$ cd /usr/local/src/php7/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20170718/  
songguojundeMBP:no-debug-non-zts-20170718 songguojun$ ll
total 8272
drwxr-xr-x  5 songguojun  wheel      160  8  4 10:53 ./
drwxr-xr-x  3 songguojun  wheel       96  8  3 18:26 ../
-rwxr-xr-x  1 songguojun  wheel  2019064  8  3 18:26 opcache.a*
-rwxr-xr-x  1 songguojun  wheel   441892  8  3 18:26 opcache.so*
-rwxr-xr-x  1 songguojun  wheel  1770380  8  4 10:53 swoole.so*                <-  进入扩展目录发现swoole.so文件已经生成

 examples目录下提供了很多demo文件，我们进入examples/server目录

songguojundeMBP:server songguojun$ pwd
/usr/local/src/swoole/examples/server
songguojundeMBP:server songguojun$ ls
dispatch_func.php    getReceivedTime.php    pipe_message.php    uid_dispatch.php
dispatch_stream.php    ip_dispatch.php        reload_aysnc.php    unix_stream.php
echo.php        listen_1k_port.php    reload_force.php    zmq.php
exist.php        local_listener.php    reload_force2.php
fixed_header_client.php    manager_timer.php    single.php
fixed_header_server.php    multi_instance.php    trace.php

 查看其中echo.php文件

$serv = new swoole_server("0.0.0.0", 9501);
$serv->set(array(
    'worker_num' => 1,
));
$serv->on('receive', function (swoole_server $serv, $fd, $reactor_id, $data) {
    echo "[#".$serv->worker_id."]\tClient[$fd] receive data: $data\n";
    if ($serv->send($fd, "hello {$data}\n") == false)
    {
        echo "error\n";
    }

});
$serv->start();

 

 我们执行下，发现会报错，提示缺少swoole_server类，这是因为目前php还没办法使用到swoole类库。要是用swoole的类库必须要在php.ini配置文件中打开

 

 查看下php.ini文件路径

songguojundeMBP:server songguojun$ php -i | grep php.ini
Configuration File (php.ini) Path => /usr/local/src/php7/lib

由于我是Mac系统，php.ini文件在/private/etc/目录下，/private/etc/php.ini 如果没有这个文件，将这个目录下的php.ini.default复制一份重命名为php.ini，然后在该文件中添加swoole扩展。

添加完毕之后在将 /private/etc/php.ini文件复制到/usr/local/src/php7/lib目录下

cp /private/etc/php.ini /usr/local/src/php7/lib/php.ini

然后在查看swoole扩展是否存在

 然后在执行刚刚上面echo.php文件看是否成执行成功。

 发现没有报错了，而且通过命令发现正在监听9501端口

songguojundeMBP:server songguojun$ lsof -i :9501
COMMAND  PID       USER   FD   TYPE            DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
php     3142 songguojun    3u  IPv4 0xd405c2bd609771f      0t0  TCP *:9501 (LISTEN)
telnet  3187 songguojun    3u  IPv4 0xd405c2bdf381d9f      0t0  TCP localhost:64452->localhost:9501 (ESTABLISHED)

songguojundeMBP:server songguojun$ kill -9 3142   #杀掉进程
songguojundeMBP:server songguojun$ lsof -i :9501

 查看Swoole版本

 

 Swoole TCP服务

  tcp.php

//创建Server对象，监听 127.0.0.1:9501端口
$serv = new Swoole\Server("127.0.0.1", 9501); 
//设置基本参数
$serv->set([
    'worker_num' => 8, //worker进程数 建议设置cpu核数1-4倍
    'max_request' => 10000,
]);
/*
 * 监听连接进入事件
 * $fd是客户端连接的唯一标识
 * $reactor_id 线程id
 */
$serv->on('Connect', function ($serv, $fd, $reactor_id) {  
    echo "Client: {$fd} Connect.\n";
});
//监听客户端数据接收事件
$serv->on('Receive', function ($serv, $fd, $reactor_id, $data) {
    //向客户端发送数据
    $serv->send($fd, "Server: ".$data);
});
//监听连接关闭事件
$serv->on('Close', function ($serv, $fd) {
    echo "Client: Close.\n";
});
//启动服务器
$serv->start(); 

 运行tcp.php来启动 tcp服务。

我们可以先查看tcp.php开启的子进程情况。

 

 下面使用telnet这个工具去连接9501端口

 上面用telnet去充当客户端连接tcp服务，我们也可以使用swoole提供的客户端来实现。

tcp_client.php

<?php
    //实例化tcp client
    $client = new swoole_client(SWOOLE_SOCK_TCP);
    if (!$client->connect("127.0.0.1", 9501)) {
        echo "connect failed";
        die;
    }

    //输入消息 STDOUT STDIN属于php cli模式下的常量
    fwrite(STDOUT, "请输入内容\n");
    $message = trim(fgets(STDIN));
    //向tcp服务端发送消息
    if ($message) {
        $client->send($message);
        //接受来自服务端的消息
        $result = $client->recv();
        echo $result."\n";
    }
?>

 运行

 

 Swoole Httpserver

 　　Swoole中的http服务是基于swool_server，swool_server中所有的方法httpserver都是可以使用的。

　　 文档地址：https://wiki.swoole.com/wiki/page/14.html

 　　下面实现一个http服务器。

　　http_server.php

//0.0.0.0监听全部地址
    $http = new swoole_http_server("0.0.0.0", 8811);
    $http->on("request", function($request, $response){
        //输出响应内容
        $response->end("<h1>http server response</h1>"); //end方法将数据输出到浏览器中，只能输出字符串
    });
    //启动http服务
    $http->start();

　　在命令行执行http_server.php，然后使用curl命令访问。

　　

 

 　　也可以使用浏览器访问，输入http://127.0.0.1:8811/

　　

　　如果希望在url上传递参数，php-fpm模式下我们可以使用$_GET/$_POST这样的方式来获取，但是swoole中这样是获取不到的，swoole是通过$request对象来获取，$request对象可以获取及设置get/post/cookie等信息。

　　修改上面http_server.php文件。

//0.0.0.0监听全部地址
    $http = new swoole_http_server("0.0.0.0", 8811);
    $http->on("request", function($request, $response){
        //输出响应内容
        print_r($request->get); //$request->get获取get数据
        $response->end("<h1>http server response</h1>");
    });
    //启动http服务
    $http->start();

 　　修改完毕之后记得要重启http_server.php，不然不生效。

 

　　除了动态资源还可以通过swoole获取静态资源，比如访问一个html文件。

//0.0.0.0监听全部地址
    $http = new swoole_http_server("0.0.0.0", 8811);
    //设置开启静态资源
    $http->set([
        'enable_static_handler' => true,
        'document_root' => "/Users/songguojun/code/php/swoole/data",
    ]);
    $http->on("request", function($request, $response){
        //输出响应内容
        $response->end("<h1>http server response</h1>".$request->get);
    });
    //启动http服务
    $http->start();

index.html

<html>
<head></head>
<body>
 <p>
    我是静态资源index.html
</p>
</body>
</html>

 

Swoole WebSocket服务

 　　Swoole中Websocket的实现是swoole_websocket_server类，这个类继承swoole_http_server。

　　 Websocket实现

$server = new swoole_websocket_server("0.0.0.0",8812);
    //监听websocket打开事件
    $server->on("open", function(swoole_websocket_server $server, $request){
        echo "server: handshake success with fd{$request->fd}\n";
    });
    //监听websocket消息事件
    $server->on("message", function(swoole_websocket_server $server, $frame){
        echo "receive from {$frame->fd}: {$frame->data},opcode:{$frame->opcode},fin:{$frame->finish}\n";
        //将数据发送到客户端
        $server->push($frame->fd, "this is server");
    });

    $server->on("close", function($server, $fd){
        echo "client {$fd} close\n";
    });
    $server->start();

 

 Swoole Task服务

 　　Swoole提供了一个task服务，用于执行比较耗时的操作，比如发送邮件，广播信息等等。它是将这些耗时的任务放到一个swoole task woker任务进程池中。

　　 使用Task

　　　　1. 设置两个回调函数，onTask和onFlish。

　　　　2.设置task_worker_num参数。

 

 Swoole进程管理

 　　Swoole 提供的进程管理模块，用来替代 PHP的pcntl扩展。

　　 　因为PHP原生自带的pcntl扩展存在很多不足，如下：

　　　　1. 没有提供进程间通信的功能。

　　　　2. 不支持重定向标准输入和输出。

　　　　3. 只提供了fork这样原始的接口，容易使用错误。

　　 Swoole就提供了Process这个类来实现进程方面的功能。

　　 Swoole进程wiki地址：https://wiki.swoole.com/#/process  （旧）  https://wiki.swoole.com/#/process （新）

 　　Swoole里进程与进程之间的通信是通过管道来进行的。

 　　在Swoole里使用多进程比原生php多进程更加容易。我们可以使用多进程来处理许多耗时的场景，比如curl获取多个页面内容。

　　 进程使用案例1:

  echo "脚本开始".date("Y-m-d H:i:s");
  $urlsArr = [
    "http://www.baidu.com",
    "http://www.qq.com",
    "http://www.sina.com.cn",
    "http://www.sohu.com",
    "http://www.hao123.com",
    "http://www.cnblogs.com"
  ];
  $workers = [];
  for ($i = 0; $i < 6; $i++) {
    //创建子进程 分别有三个参数 1.子进程创建成功后要执行的函数 2.重定向子进程的标准输入和输出 3.是否启用管道（用于进程通信）
    $childProcess = new swoole_process(function(swoole_process $worker) use ($i, $urlsArr) {
        $content = curlData($urlsArr[$i]);
        $worker->write($content);  // 将内容写入到管道中
        }, true); //true表示不打印输出的内容
    $pid = $childProcess->start();
    $worker[$pid] = $childProcess;
  }

  //模拟请求
  function curlData($url){
    sleep(2);
    return "handle ".$url." finished";
  }
  //输出进程管道中数据结果
  foreach ($worker as $process){
    echo $process->read().PHP_EOL;
  }
  echo "脚本结束".date("Y-m-d H:i:s");    

执行结果 总耗时也就1秒多点。

songguojundeMacBook-Pro:swoole songguojun$ php process.php 
脚本开始2020-03-26 09:33:19
handle http://www.baidu.com finished
handle http://www.qq.com finished
handle http://www.sina.com.cn finished
handle http://www.sohu.com finished
handle http://www.hao123.com finished
handle http://www.cnblogs.com finished

脚本结束2020-03-26 09:33:21

 

  Swoole内存模块

 　　swoole提供了几个内存操作模块

　　　　1. Lock。

　　　　2. Buffer。

　　　　3. Table。

　　　　4. Atomic。

　　　　5. mmap。

　　　　6. channel。

　　　　7. serialize。

 

　　我们看下swoole里的table。

 　　swoole_table是一个基于共享内存和锁实现的高性能，高并发数据结构。可以利用swoole_table在内存中申请一块内存空间。

 

 

Swoole协程

　　swoole另一个特性就是提供了协程，协程可以认为是用户态的线程，是通过协作而非抢占式来进行切换，所有的调度都是在用户态中进行，创建和消耗非常低。

 

 

Swoole异步非堵塞IO场景使用

 

 

 

Swoole系统监控及性能优化

 

 

 

 

参考资料：

　　https://www.w3cschool.cn/swoole/npai1qc9.html