多線程編程 - PHP 實現

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前言

前些天幫同事查一個問題，第一次接觸到了 PHP 的多線程，原以為 PHP 普遍都是單執行緒模式，並不適合多線程領域，花些時間翻了幾個多線程的項目源碼之後，發現 PHP 的多線程也頗有可取之處，活用起來，用來解決某些問題竟然非常適合。

於是找了幾篇文章看了下 PHP 多線程 TSRM 機制的實現，也有所收穫，詳情可以查看下面的參考文章。本文對比多進程介紹了下多線程的優勢和適用情境，提出了一種巧用方案，並使用 PHP 代碼實現了多線程的常見用法。

文章歡迎轉載，但請註明來源：http://www.cnblogs.com/zhenbianshu/p/7978835.html， 謝謝。

多線程線程

首先說下線程：

線程(thread) 是作業系統能夠進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流程，一個進程中可以並發多個線程，每條線程並存執行不同的任務.

使用多線程主要是因為它在執行效率上有很大優勢。由於線程是作業系統能夠進行調度的最小單位：

• 一個多線程程式比單線程程式被作業系統調度的機率更大，所以多線程程式一般會比單線程程式更高效；
• 多線程程式的多個線程可以在多核 CPU 的多個核心同時運行，可以將完全發揮機器多核的優勢；

同時對比多進程程式，多線程有以下特點：

• 線程的建立和切換的系統開銷都比進程要小，所以一定程度上會比多進程更高效；
• 線程天生的共用記憶體空間，線程間的通訊更簡單，避免了進程IPC引入新的複雜度。

適用情境

多線程的最佳化是很多，可是無腦使用多線程並不能提升程式的執行效率，因為線程的建立和銷毀、環境切換、線程同步等也是有效能損耗的，耗費時間可能比順序執行的代碼還多。如：

sumSmall是一個從1累加到50000的函數。

是在主線程內執行了三次 sumSmall 和三個線程分別執行 sumSmall ，再將結果同步到一個線程的時間對比，我們會發現只在主線程執行的時間反而更短，三個線程建立、切換、同步的時間遠遠大過了線程非同步執行節省的時間。

而函數 sumLarge 從1累加到5000000，同一線程執行三次和三個線程執行的耗時：

這次，多線程終於有效率優勢了。

是否使用多線程還需要根據具體需求而定，一般考慮以下兩種情況：

• I/O 阻塞會使作業系統發生任務調度，阻塞當前任務，所以代碼中 I/O 多的情況下，使用多線程時可以將代碼並行。例如多次讀整塊的檔案，或請求多個網路資源。
• 多線程能充分利用 CPU，所以有多處大計算量代碼時，也可以使用多線程使他們並存執行，例如上文中後一個例子。

PHP中的多線程

PHP 預設並不支援多線程，要使用多線程需要安裝 pthread 擴充，而要安裝 pthread 擴充，必須使用 --enable-maintainer-zts 參數重新編譯 PHP，這個參數是指定編譯 PHP 時使用安全執行緒方式。

安全執行緒

多線程是讓程式變得不安分的一個因素，在使用多線程之前，首先要考慮安全執行緒問題：

安全執行緒：安全執行緒是編程中的術語，指某個函數、函數庫在多線程環境中被調用時，能夠正確地處理多個線程之間的共用變數，使程式功能正確完成。

在傳統多線程中，由於多個線程共用變數，所以可能會導致出現如下問題：

1. 存在一個全域數組$arr = array(‘a‘);;
2. A 線程擷取數組長度為1;
3. B 線程擷取數組長度為1;
4. A 線程 pop 出數組元素 $a = array_pop($arr); $a = ‘a‘;;
5. B 線程也 pop 數組元素 $b = array_pop($arr); $a = null;;
6. 此時 B 線程內就出現了靈異事件，明明數組長度大於0，或沒有 pop 出東西;

PHP 實現

PHP 實現的安全執行緒主要是使用 TSRM 機制對 全域變數和靜態變數進行了隔離，將全域變數和靜態變數 給每個線程都複製了一份，各線程使用的都是主線程的一個備份，從而避免了變數衝突，也就不會出現安全執行緒問題。

PHP 對多線程的封裝保證了安全執行緒，程式員不用考慮對全域變數加各種鎖來避免讀寫衝突了，同時也減少了出錯的機會，寫出的代碼更加安全。

但由此導致的是，子線程一旦開始運行，主線程便無法再對子線程運行細節進行調整了，線程一定程度上失去了線程之間通過全域變數進行訊息傳遞的能力。

同時 PHP 開啟安全執行緒選項後，使用 TSRM 機制分配和使用變數時也會有額外的損耗，所以在不需要多線程的 PHP 環境中，使用 PHP 的 ZTS （非安全執行緒） 版本就好。

類和方法

PHP 將線程 封裝成了 Thread 類，線程的建立通過執行個體化一個線程對象來實現，由於類的封裝性，變數的使用只能通過建構函式傳入，而線程運算結果也需要通過類變數傳出。

下面介紹幾個常用的 Thread 類方法：

• run()：此方法是一個抽象方法，每個線程都要實現此方法，線程開始運行後，此方法中的代碼會自動執行；
• start()：在主線程內調用此方法以開始運行一個線程；
• join()：各個線程相對於主線程都是非同步執行，調用此方法會等待線程執行結束；
• kill()：強制線程結束；
• isRunning()：返回線程的運行狀態，線程正在執行run()方法的代碼時會返回 true；

因為安全執行緒的實現，PHP 的多線程開始運行後，無法再通過共用記憶體空間通訊，線程也無法通過線程間通訊複用，所以我認為 PHP 的“線程池”並沒有什麼意義。擴充內內建的Pool 類是一個對多線程分配管理的類，這裡也不再多介紹了。

執行個體代碼

下面是一個線程類，用來請求某一介面。接下來根據它寫兩個多線程的應用執行個體：

class Request extends Thread {    public $url;    public $response;    public function __construct($url) {        $this->url = $url;    }    public function run() {        $this->response = file_get_contents($this->url);    }}

 

非同步請求

將同步的請求拆分為多個線程非同步呼叫，以提升程式的運行效率。

$chG = new Request("www.google.com");$chB = new Request("www.baidu.com");$chG ->start();$chB ->start();$chG->join();$chB->join();$gl = $chG->response;$bd = $chB->response;

 

逾時控制

偶然間發現公司網站某一網頁上的一塊內容時有時無，不知道具體實現，但這給了我使用多線程的靈感：利用線程非同步實現快速失敗和逾時控制。

我們在使用 curl 請求某個地址時，可以通過 CURLOPT_CONNECTTIMEOUT / CURLOPT_TIMEOUT 參數分別設定 curl 的連線逾時時間和讀取資料逾時時間，但總的逾時時間不好控制。而且在進行資料庫查詢時的逾時時間無法設定（鳥哥部落格：為MySQL設定查詢逾時）。

這時我們便可以借用多線程來實現此功能：在執行線程類的 start() 方法後，不調用 join() 方法，使線程一直處於非同步狀態，不阻塞主線程的執行。

此時主線程相當於旗艦，而各子線程相當於巡航艦，旗艦到達某地後不必要一直等待巡航艦也歸來，等待一段時間後離開即可，從而避免巡航艦意外時旗艦白白空等。

代碼：

$chG = new Request("www.google.com");$chB = new Request("www.baidu.com");$chG->start();$chB->start();$chB->join();// 此處不對chG執行join方法sleep(1); // sleep一個能接受的逾時時間$gl = $chG->response;$bd = $chB->response;$bd->kill();if (!$gl) {    $gl = ""; // 處理異常，或線上程類內給$gl一個預設值}

 

總結

PHP 對多線程進行的封(yan)裝(ge)，讓人用線程用得非常不盡興。雖然安全，也保持 PHP 簡單易用的一貫風格，卻無法完全發揮多線程的能力。不過各個語言各有特色和側重點，也不必強求，愛她就要包容她 =_=。

最近在重學作業系統和 Linux 核心方面的知識，對程式的認知有了很大提升，感覺非常有必要總結一下，敬請期待。

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參考：

深入研究PHP及Zend Engine的安全執行緒模型

PHP進階編程之多線程

多線程編程 - PHP 實現