PHP 的 Web 運行原理 ( 4 ) - Reactor 的實現之 Swoole

栏目: PHP · 发布时间: 5年前

内容简介：本篇文章，咱們將要在說明另一個在 php 實現 reactor 模式的東西本篇文章分為以下幾個章節 :swoole 官網寫到 :

本篇文章，咱們將要在說明另一個在 php 實現 reactor 模式的東西 swoole 。

本篇文章分為以下幾個章節 :

Swoole 的架構
Swoole 非阻塞 I/O 的處理
Swoole 的 Coroutine
Swoole 實際使用的注意事項

swoole 的架構

swoole 官網寫到 :

event-driven asynchronous & coroutine-based concurrency networking communication engine with high performance written in C and C++ for PHP.

swoole 它是一個用 c++ 所寫的 php extension，一個非常高效能的通訊引擎，而它能達到高效能的基礎在於以下幾個重點 :

event-drivent
coroutine

一句話來說他可以幹麻。

它可以讓我們建立一個高效能的網路服務

下面就是它實現非阻塞 I/O 的架構圖。

當它建立一個 http server 以後，你會看到產生出下圖這些 process 與 thread，基本上可以分為幾個部份 :

PHP 的 Web 運行原理 ( 4 ) - Reactor 的實現之 Swoole

Master Process : 用來管理 reactor thread，主要就是當 client 發送一個 http 請求後，由它來決定那個 reactor thread 來接客。
Reactor Thread : 每個 thead 中都有使用 I/O 多路復用的技術來監聽多個 socket，當有事件(讀或寫資料)進來時，會發送給某個 worker process 來處理。
Manager Process : 用來管理 worker process，也是用來決定那個 worker process 來接客。
Worker Process : 實際運行 php 代碼的地方，它這裡也有使用 I/O 多路復用技術來監聽 socket。這裡提供同步阻塞或是異步非阻塞操作。
Task Process : 一樣 php 代碼運行的地方，它會接受由 worker 丟過來的任務(開發者自已撰寫)，通常都是一些 cpu 密集的運算。這裡只能同步阻塞操作。

上面是主要的架構，然後我們來理一下所謂的阻塞 I/O 會在那幾個地方，而 swoole 又是如何解決。

Swoole 非阻塞 I/O 的處理

這裡基本上可以分成兩個地方來看。

高併發建立連線的地方

swoole 這裡是在 reactor thread 實作 reactor 模式來解決，而 reactor 最主要透過的技術為 I/O 多路復用技術來做到大量 socket I/O 監控，並且在將事情丟給 worker process 處理。

順到說一下，與 nodejs 或 reactPHP 相比，swoole 這裡勝在它開啟多個 thread 來監控多條連線，理論上它這樣應該可以承受的比 nodejs 與 reactPHP 更多的併發量。

Worker process 中大量的 db 或 redis 操作

swoole 有提供幾個機制可以給 worker process 實現非阻塞 I/O 操作。

reactor 模式 (網路 I/O)
丟 task worker 處理 (網路、檔案 I/O)
底層使用 aio 處理 (檔案 I/O)

reactor 模式 (網路 I/O)

首先第一個 reactor 模式就與 reactor thread 的機制一樣，都是會使用 I/O 多路復用來監聽 socket，當有事件進來時，就執行 handler (callback)。

下面為範例，當在 worker 執行了這段程式碼以後，會將連 redis 的這條 socket 丟到 reactor 來進行監控，當有事件進來時，會執行 callback。

而這就是所謂的 異步非阻塞 。( 異步: callback 非阻塞: 不會卡住 process )

<?php

$client = new swoole_redis;
$client->connect('127.0.0.1', 6379, function (swoole_redis $client, $result) {
    // callback function
    if ($result === false) {
        echo "connect to redis server failed.\n";
        return;
    }
    $client->set('key', 'swoole', function (swoole_redis $client, $result) {
        var_dump($result);
    });
});

而所謂的 同步阻塞 的範例如下，假設你在 worker 中直接使用 predis 來操作 redis，那這就是所謂的同步阻塞。

同步就是依順序走，而阻塞就是指會在 $cient->get("foo") 那會卡住整個 process。

<php

$client = new Predis\Client();
$client->set('foo', 'bar');
$value = $client->get('foo');

丟 task worker 處理 (網路、檔案 I/O)

而下面為處理 file 的範例，但這裡要注意，這種處理檔案的方式受限於 task process 的數量，假設我們 task 的數量為二，那當如果開啟三個 task 來處理檔案時，第三個就會無法處理。

<?php

$server = new swoole_http_server("0.0.0.0", 9501);

$server->set(array(
    'worker_num' => 1,
    'task_worker_num' => 2
));

$server->on('request', function ($request, $response) use ($server) {

    // ----------------------------------------------------
    var_dump('wait...');
    $server->task("hi", 0);
    var_dump('done !...');
    // ----------------------------------------------------

    $response->header("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
    $response->end("<h1>Hello Swoole. #".rand(1000, 9999)."</h1>");
});


$server->on('task', function($server, $task_id, $from_id, $data){
    $request = file_get_contents('file 位置');
});

$server->on('Finish', function (swoole_server $serv, $task_id, $data) {
    echo "Task#$task_id finished, data_len=".strlen($data).PHP_EOL;
});

$server->start();

底層使用 aio 處理 (檔案 I/O)

這裡注意要將 runtime 的 coroutine 開啟，才能讓 file_get_contents 使用底層 aio 來完成同步非阻塞操作。

<?php
Swoole\Runtime::enableCoroutine(true);

go(function () {
    $fp = file_get_contents("test.log");
    fclose($fp);
});

Q&A 為什麼 Reactor 的機制無法處理 filesystem 的東西呢 ?

目前筆者只知道，如果你將檔案的 file descriptor 註冊到 I/O 多路復用(epoll) 中，會發生以下的錯誤:

EPERM The target file fd does not support epoll.

這也是為什麼需要使用其它 process 來處理，而在 nodejs 中碰到這種檔案類型的操作，則是開啟 thread 來進行處理，詳細可看此篇文章。

Nodejs 之運行機制原理 - 馬克筆

Swoole 中的 Coroutine

swoole 中有提供一個 coroutine 的功能，那它是做什麼呢 ?

它可以讓 worker 做到同步非阻塞的操作

剛剛上面有說 worker 可以提供以下兩種 I/O 操作型式 :

同步阻塞 ( 同步:程式碼順序走阻塞: 會卡住整個 process )
異步非阻塞 ( 異步: callback 機制非阻塞: 不會卡住整個 process )

但實際上它還有提供第三種 :

同步非阻塞 ( 同步: 程式碼順序走非阻塞: 不會卡住整個 process )

而實現的方法就是使用 coroutine 也就是協程。

coroutine 使用範例

使用情景如下程式碼，那在 go 裡面的這段程式碼就會開一個被稱為 coroutine 協程的東西來處理這一段，這樣就可以做到 同步非阻塞 操作。

go(function () {
    $redis = new Swoole\Coroutine\Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379);
    $val = $redis->get('key');
});

而如果沒有用 coroutine 的話，那就只能做到 異步非阻塞操作 ，如下程式碼，也就是一堆 callback。

$client = new swoole_redis;
$client->connect('127.0.0.1', 6379, function (swoole_redis $client, $result) {
    $client->GET('key', 'swoole', function (swoole_redis $client, $result) {
        var_dump($result);
    });
});

Q&A - Coroutine 是實現非阻塞 I/O 的技術嗎 ?

不是。

coroutine 很多人會說它是一個比 thread 還較更小單位的操作單位，所以就會想，那我每一個阻塞 I/O 就開一個協程來處理，那這樣不就可以實現非阻塞 I/O 操作了嗎 ? 就像 multi thread 原理一樣，而且我協程更省資源。

NoNoNo ~

process 為操作系統的最小資源管理單位，而 thread 為操作系統最小操作單位。

而 coroutine 是一個比 thread 更小的操作單位，但是它的操作是 用戶 (application) 所操作，而不是像 thread 一樣是操作系統所操作。

而 I/O 的操作是指操作系統的操作，當一個阻塞 I/O 執行時，讓 process 阻塞的是操作系統，所以如果你在一個協程內開啟一個阻塞 I/O 它仍然會卡住整個 process。

coroutine 嚴格來說只能幫你做到 同步非阻塞 ，非阻塞還是需要有 reactor 機制來實現。

備註: go 語言的 coroutine 就比較特殊了，這之後會另開篇章討論。

Swoole 的實際使用注意

與 reactPHP 的範例一樣，我們一樣使用 swoole 來建立一個 http server。

<?php

$server = new swoole_http_server("0.0.0.0", 9501);

$server->set(array(
    'worker_num' => 1,
    'task_worker_num' => 0
));

$server->on('request', function ($request, $response) {

    // ----------------------------------------------------
    var_dump('wait...');
    $request = file_get_contents('http://127.0.0.1:3000');
    var_dump('done !...');
    // ----------------------------------------------------

    $response->header("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
    $response->end("<h1>Hello Swoole. #".rand(1000, 9999)."</h1>");
});

$server->on('task', function($server, $task_id, $from_id, $data){
});

$server->start();

如果這時發兩條 http 請求會如何呢 ?

答案: 1 次 wait ( 因為第一次就卡住 process )

主要的原因基本上在於，你沒將這 I/O 操作丟到這個 worker 的 reactor 機制中，所以這個 I/O 操作仍然會是阻塞的。

然後有些人在測試時可能會收到二次 wait，但是有一點你要注意，那就是 worker_num 你設多少，如果你設 2 ，它當然可以收到二次，因為是由不同的 process 接受，但是接下來的第三次，你絕對收不到。

正確版

首先第一種是官方現在推薦使用 coroutine 的 同步非阻塞 的寫法。

<?php

$server = new swoole_http_server("0.0.0.0", 9501);

$server->set(array(
    'worker_num' => 2,
    'task_worker_num' => 0
));

$server->on('request', function ($request, $response) {

    // ----------------------------------------------------
    var_dump('wait...');
    $client = new Swoole\Coroutine\Http\Client('127.0.0.1', 3000);
    $client->get('/');
    echo $client->body;
    var_dump('done !...');
    // ----------------------------------------------------
});

$server->start();

而另一種就是使用 callback 的 異步非阻塞 的寫法。

<?php

$server = new swoole_http_server("0.0.0.0", 9501);

$server->set(array(
    'worker_num' => 2,
    'task_worker_num' => 0
));

$server->on('request', function ($request, $response) {

    // ----------------------------------------------------
    var_dump('wait...');
    $client = new swoole_http_client('127.0.0.1', 3000);
    $client->get('/', function ($client) {
        echo "Length: " . strlen($client->body) . "\n";
        echo $client->body;
    });
    var_dump('done !...');
    // ----------------------------------------------------
});

$server->start();

參考資料

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持码农网

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