PHP執行原理
php是一門應用非常簡單,開發效率極高的一門語言,其弱類型的變數能省去程式員大量的定義變數、類型轉換等的時間和精力。它是一種適用於web開發的動態語言。
1. php設計的原理和特點
多進程模型:這樣能做到進程間互相不受影響,對於進程的資源利用更快速、便捷
弱類型語言:和強型別語言C、C++、java等語言不同,php中變數的類型並不是一開始就確定的,他是在運行時才確定的,可以隱式或顯式的對其進行類型轉換,這就使其在開發中非常的靈活,程式員無需關注變數類型的問題
Zend引擎+ 組件(ext)的模式降低內部的耦合
中介層(sapi)隔絕web server 和php
文法簡單靈活,規範少。這一點就有利有弊了。。。
2. php的四層體系
php從上到下一共四層體系:
Zend引擎:Zend整體用C實現,是php的核心部分,它將php的代碼翻譯成可執行檔opcode的,處理並實現相應的處理方法(原理:鳥哥的部落格)、實現了基本的資料結構、記憶體配置及管理、提供了相應api方法供外部使用,是一切的核心。
Extensions:圍繞著Zend引擎,extensions通過組件的方式提供各種基礎服務,常用的內建函數array、標準庫等都是通過extension來實現的,使用者也可以根據需要實現自己的extension以達到功能擴充等目的如貼吧正在使用的 PHP中介層、富文本解析就是extension的典型應用)。
Sapi:Sapi全稱Server Application Programing Interface, 也就是服務端應用編程介面,Sapi通過一些列鉤子函數,使php可以和外圍互動資料,這是PHP非常優雅和成功的一個設計,通過 sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離,PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行相容,而應用本身也可以針對自己的特點實現不同的處理方式。
上層應用:這就是程式員編寫的應用程式,通過不同的sapi方式得到各種各樣的應用模式,如通過webserver實現web應用,在命令列下以指令碼的方式運行等等
3. Sapi
如前所屬,Sapi通過一些列的介面,使外部應用可以和php交換資料並可以根據不同的應用特點實現特定的處理方法,常見的sapi有:
4. php代碼的執行流程
可以看出,php通過Zend引擎實現了一個典型的動態語言的執行過程:擷取一段程式碼片段,經過詞法解析、文法解析等階段,來源程式被翻譯成一個個指令(opcodes),然後Zend虛擬機器順序執行這些指令。PHP本身是用C語言實現的,因此最終調用的也是C語言的函數。
PHP的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令,也即opcode
Opcode是PHP程式執行的最基本單位。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、傳回值和處理函數組成。PHP程式最終被翻譯為一組opcode處理函數的順序執行。
常用的幾個函數:
END_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變數分配 ( a=b)
ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER:函數調用
ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER:字串拼接 a.b
ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算a+2
ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 a==1
ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 a===1
5. Zend引擎介紹
Zend引擎作為php的核心,主要的設計機制有:
5.1 實現HashTable資料結構
HashTable是Zend的核心資料結構,在php裡面幾乎用來實現所有功能,php的資料array()就是典型的應用。此外在Zend內部,如函數符號表、全景變數都是通過HashTable來實現的。
Zend hash table 實現了典型的hash表散列結構,同時通過附加一個雙向鏈表,提供了正向、反向、遍曆數組的功能,結構
可以看到,在hash table中既有key->value形式的散列結構,也有雙向鏈表模式,使得它能夠非常方便的支援快速尋找和線性遍曆。
散列結構:Zend的散列結構是典型的hash表模型,通過鏈表的方式來解決衝突。需要注意的是zend的hash table是一個自增長的資料結構,當hash表數目滿了之後,其本身會動態以2倍的方式擴容並重新元素位置。初始大小均為8。另外,在進行 key->value快速尋找時候,zend本身還做了一些最佳化,通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變數 nKeyLength標識key的長度以作快速判定。
雙向鏈表:Zend hash table通過一個鏈表結構,實現了元素的線性遍曆。理論上,做遍曆使用單向鏈表就夠了,之所以使用雙向鏈表,主要目的是為了快速刪除,避免遍曆。 Zend hash table是一種複合型的結構,作為數組使用時,即支援常見的關聯陣列也能夠作為順序索引數字來使用,甚至允許2者的混合。
PHP關聯陣列:關聯陣列是典型的hash_table應用。一次查詢過程經過如下幾步(從代碼可以看出,這是一個常見的hash查詢過程並增加一些快速判定加速尋找):
01 getKeyHashValue h;02 index = n & nTableMask;03 Bucket *p = arBucket[index];04 while (p) {05 if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {06 RETURN p->data; 07 }08 p=p->next;09 }10 RETURN FALTURE;
PHP索引數組:索引數組就是我們常見的數組,通過下標訪問。例如 arr[0],Zend HashTable內部進行了歸一化處理,對於index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內部成員變數 nNextFreeElement就是當前分配到的最大id,每次push後自動加一。正是這種歸一化處理,PHP才能夠實現關聯和非關聯的混合。由於 push操作的特殊性,索引key在PHP數組中先後順序並不是通過下標大小來決定,而是由push的先後決定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;對於double類型的key,Zend HashTable會將他當做索引key處理
5.2 PHP變數的實現原理
PHP是一門弱類型語言,不嚴格區分變數的類型。PHP的變數可以分為簡單類型(int、sting、bool)、集合類型(array, resource, object) 和常量(const),所有的變數在底層都所以同一種結構zval
zval是zend中非常重要的資料結構,用來標示並實現php的變數,其資料結構如下:
struct _zval_struct { zvalue_value value; /* value */ zend_uint refcount__gc; /* variable ref count */ zend_uchar type; /* active type */ zend_uchar is_ref__gc; /* if it is a ref variable */};typedef struct _zval_struct zval;
其中,
typedef union _zvalue_value { long lval; /* long value */ double dval; /* double value */ struct { /* string */ char *val; int len; } str; HashTable *ht; /* hash table value,used for array */ zend_object_value obj; /* object */} zvalue_value;
zend_uint refcount__gc是一個計數器,用來儲存多少變數(或者符號,symbols )指向了該zval。在變數產生時,其refcount=1,典型的賦值操作如$a = $b會令zval的refcount加1,而unset操作會相應的減1。在PHP5.3之前,使用引用計數的機制來實現GC,如果一個zval的refcount較少到0,那麼Zend引擎會認為沒有任何變數指向該zval,因此會釋放該zval所佔的記憶體空間。但,事情有時並不會那麼簡單。後面我們會看到,單純的引用計數機制無法GC掉循環參考的zval,即使指向該zval的變數已經被unset,從而導致了記憶體泄露(Memory Leak)。
zend_uchar type該欄位用於表明變數的實際類型。PHP中的變數包括四種標量類型(bool,int,float,string),兩種複合類型(array, object)和兩種特殊的類型(resource 和NULL)。在zend內部,這些類型對應於下面的宏(代碼位置 phpsrc/Zend/zend.h)
#define IS_NULL 0#define IS_LONG 1#define IS_DOUBLE 2#define IS_BOOL 3#define IS_ARRAY 4#define IS_OBJECT 5#define IS_STRING 6#define IS_RESOURCE 7#define IS_CONSTANT 8#define IS_CONSTANT_ARRAY 9#define IS_CALLABLE 10
5.2.1 整數、浮點數變數
整數、浮點數是PHP中的基礎類型之一,也是一個簡單型變數。對於整數和浮點數,在zvalue中直接儲存對應的值。其類型分別是long和double。
從zvalue結構中可以看出,對於整數類型,和c等強型別語言不同,PHP是不區分int、unsigned int、long、long long等類型的,對它來說,整數只有一種類型也就是long。由此,可以看出,在PHP裡面,整數的取值範圍是由編譯器位元來決定而不是固定不變的。在php中如果整數越界了會發生什嗎?php會自動給整數轉換成浮點數類型
對於浮點數,類似整數,它也不區分float和double而是統一隻有double一種類型
5.2.2 字元變數
和整數一樣,字元變數也是PHP中的基礎類型和簡單型變數。通過zvalue結構可以看出,在PHP中,字串是由由指向實際資料的指標和長度結 構體組成,這點和c++中的string比較類似。由於通過一個實際變數表示長度,和c不同,它的字串可以是2進位資料(包含0),同時在PHP中, 求字串長度strlen是O(1)操作
常見的字串拼接方式及速度比較:
假設有如下4個變數:strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456;
現在對如下的幾種字串拼接方式做一個比較和說明:
1 res = strA.strB和res = “strAstrB”
這種情況下,zend會重新malloc一塊記憶體並進行相應處理,其速度一般。
2 strA = strA.strB
這種是速度最快的,zend會在當前strA基礎上直接relloc,避免重複拷貝
3 res = intA.intB
這種速度較慢,因為需要做隱式的格式轉換,實際編寫程式中也應該注意盡量避免
4 strA = sprintf (“%s%s”,strA,strB);
這會是最慢的一種方式,因為sprintf在PHP中並不是一個語言結構,本身對于格式識別和處理就需要耗費比較多時間,另外本身機制也是malloc。不過sprintf的方式最具可讀性,實際中可以根據具體情況靈活選擇。
5.2.3 陣列變數
PHP的數組是通過Zend Hash Table來天然實現。
foreach操作如何??對一個數組的foreach就是通過遍曆hashtable中的雙向鏈表完成。對於索引數組,通過foreach遍 曆效率比for高很多,省去了key->value的尋找。count操作直接調用 HashTable->NumOfElements,O(1)操作。對於’123’這樣的字串,zend會轉換為其整數形 式。arr[‘123’]和arr[123]
5.3 PHP變數管理-引用計數和寫時拷貝
引用計數在記憶體回收、字串操作等地方使用非常廣泛。Zval的引用計數通過成員變數is_ref和ref_count實現,通過引用計數,多個變數可以共用同一份資料。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗。在進行賦值操作時,zend將變數指向相同的zval同時ref_count++,在unset操作時,對應的ref_count-1。只有ref_count減為0時才會真正執行銷毀操作。如果是引用賦值,則zend會修改is_ref為1。
PHP變數通過引用計數實現變數共用資料,那如果改變其中一個變數值呢?當試圖寫入一個變數時,Zend若發現該變數指向的zval被多個變數共用,則為其複製一份ref_count為1的zval,並遞減原zval的refcount,這個過程稱為“zval分離”。可見,只有在有寫操作發生時 zend才進行拷貝操作,因此也叫copy-on-write(寫時拷貝)
對於引用型變數,其要求和非引用型相反,引用賦值的變數間必須是捆綁的,修改一個變數就修改了所有捆綁變數。
5.4 PHP局部變數和全域變數的實現:
PHP中的局部變數和全域變數是如何?的?對於一個請求,任意時刻PHP都可以看到兩個符號表(symbol_table和 active_symbol_table),其中前者用來維護全域變數。後者是一個指標,指向當前活動的變數符號表,當程式進入到某個函數中時,zend 就會為它分配一個符號表x同時將active_symbol_table指向a。通過這樣的方式實現全域、局部變數的區分。
擷取變數值:PHP的符號表是通過hash_table實現的,對於每個變數都分配唯一標識,擷取的時候根據標識從表中找到相應zval返回。
函數中使用全域變數:在函數中,我們可以通過顯式申明global來使用全域變數。在active_symbol_table中建立symbol_table中同名變數的引用(引用變數的值要更新大家會一起更新),如果symbol_table中沒有同名變數則會先建立。
參考:
http://www.php.cn/
http://www.php.cn/
[http://www.php.cn/
PHP執行原理
php是一門應用非常簡單,開發效率極高的一門語言,其弱類型的變數能省去程式員大量的定義變數、類型轉換等的時間和精力。它是一種適用於web開發的動態語言。
1. php設計的原理和特點
多進程模型:這樣能做到進程間互相不受影響,對於進程的資源利用更快速、便捷
弱類型語言:和強型別語言C、C++、java等語言不同,php中變數的類型並不是一開始就確定的,他是在運行時才確定的,可以隱式或顯式的對其進行類型轉換,這就使其在開發中非常的靈活,程式員無需關注變數類型的問題
Zend引擎+ 組件(ext)的模式降低內部的耦合
中介層(sapi)隔絕web server 和php
文法簡單靈活,規範少。這一點就有利有弊了。。。
2. php的四層體系
php從上到下一共四層體系:
Zend引擎:Zend整體用C實現,是php的核心部分,它將php的代碼翻譯成可執行檔opcode的,處理並實現相應的處理方法(原理:鳥哥的部落格)、實現了基本的資料結構、記憶體配置及管理、提供了相應api方法供外部使用,是一切的核心。
Extensions:圍繞著Zend引擎,extensions通過組件的方式提供各種基礎服務,常用的內建函數array、標準庫等都是通過extension來實現的,使用者也可以根據需要實現自己的extension以達到功能擴充等目的如貼吧正在使用的 PHP中介層、富文本解析就是extension的典型應用)。
Sapi:Sapi全稱Server Application Programing Interface, 也就是服務端應用編程介面,Sapi通過一些列鉤子函數,使php可以和外圍互動資料,這是PHP非常優雅和成功的一個設計,通過 sapi成功的將PHP本身和上層應用解耦隔離,PHP可以不再考慮如何針對不同應用進行相容,而應用本身也可以針對自己的特點實現不同的處理方式。
上層應用:這就是程式員編寫的應用程式,通過不同的sapi方式得到各種各樣的應用模式,如通過webserver實現web應用,在命令列下以指令碼的方式運行等等
3. Sapi
如前所屬,Sapi通過一些列的介面,使外部應用可以和php交換資料並可以根據不同的應用特點實現特定的處理方法,常見的sapi有:
4. php代碼的執行流程
可以看出,php通過Zend引擎實現了一個典型的動態語言的執行過程:擷取一段程式碼片段,經過詞法解析、文法解析等階段,來源程式被翻譯成一個個指令(opcodes),然後Zend虛擬機器順序執行這些指令。PHP本身是用C語言實現的,因此最終調用的也是C語言的函數。
PHP的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令,也即opcode
Opcode是PHP程式執行的最基本單位。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、傳回值和處理函數組成。PHP程式最終被翻譯為一組opcode處理函數的順序執行。
常用的幾個函數:
END_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 變數分配 ( a=b)
ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER:函數調用
ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER:字串拼接 a.b
ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法運算a+2
ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 a==1
ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST:判斷相等 a===1
5. Zend引擎介紹
Zend引擎作為php的核心,主要的設計機制有:
5.1 實現HashTable資料結構
HashTable是Zend的核心資料結構,在php裡面幾乎用來實現所有功能,php的資料array()就是典型的應用。此外在Zend內部,如函數符號表、全景變數都是通過HashTable來實現的。
Zend hash table 實現了典型的hash表散列結構,同時通過附加一個雙向鏈表,提供了正向、反向、遍曆數組的功能,結構
可以看到,在hash table中既有key->value形式的散列結構,也有雙向鏈表模式,使得它能夠非常方便的支援快速尋找和線性遍曆。
散列結構:Zend的散列結構是典型的hash表模型,通過鏈表的方式來解決衝突。需要注意的是zend的hash table是一個自增長的資料結構,當hash表數目滿了之後,其本身會動態以2倍的方式擴容並重新元素位置。初始大小均為8。另外,在進行 key->value快速尋找時候,zend本身還做了一些最佳化,通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變數 nKeyLength標識key的長度以作快速判定。
雙向鏈表:Zend hash table通過一個鏈表結構,實現了元素的線性遍曆。理論上,做遍曆使用單向鏈表就夠了,之所以使用雙向鏈表,主要目的是為了快速刪除,避免遍曆。 Zend hash table是一種複合型的結構,作為數組使用時,即支援常見的關聯陣列也能夠作為順序索引數字來使用,甚至允許2者的混合。
PHP關聯陣列:關聯陣列是典型的hash_table應用。一次查詢過程經過如下幾步(從代碼可以看出,這是一個常見的hash查詢過程並增加一些快速判定加速尋找):
01 getKeyHashValue h;02 index = n & nTableMask;03 Bucket *p = arBucket[index];04 while (p) {05 if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {06 RETURN p->data; 07 }08 p=p->next;09 }10 RETURN FALTURE;
PHP索引數組:索引數組就是我們常見的數組,通過下標訪問。例如 arr[0],Zend HashTable內部進行了歸一化處理,對於index類型key同樣分配了hash值和nKeyLength(為0)。內部成員變數 nNextFreeElement就是當前分配到的最大id,每次push後自動加一。正是這種歸一化處理,PHP才能夠實現關聯和非關聯的混合。由於 push操作的特殊性,索引key在PHP數組中先後順序並不是通過下標大小來決定,而是由push的先後決定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;對於double類型的key,Zend HashTable會將他當做索引key處理
5.2 PHP變數的實現原理
PHP是一門弱類型語言,不嚴格區分變數的類型。PHP的變數可以分為簡單類型(int、sting、bool)、集合類型(array, resource, object) 和常量(const),所有的變數在底層都所以同一種結構zval
zval是zend中非常重要的資料結構,用來標示並實現php的變數,其資料結構如下:
struct _zval_struct { zvalue_value value; /* value */ zend_uint refcount__gc; /* variable ref count */ zend_uchar type; /* active type */ zend_uchar is_ref__gc; /* if it is a ref variable */};typedef struct _zval_struct zval;
其中,
typedef union _zvalue_value { long lval; /* long value */ double dval; /* double value */ struct { /* string */ char *val; int len; } str; HashTable *ht; /* hash table value,used for array */ zend_object_value obj; /* object */} zvalue_value;
zend_uint refcount__gc是一個計數器,用來儲存多少變數(或者符號,symbols )指向了該zval。在變數產生時,其refcount=1,典型的賦值操作如$a = $b會令zval的refcount加1,而unset操作會相應的減1。在PHP5.3之前,使用引用計數的機制來實現GC,如果一個zval的refcount較少到0,那麼Zend引擎會認為沒有任何變數指向該zval,因此會釋放該zval所佔的記憶體空間。但,事情有時並不會那麼簡單。後面我們會看到,單純的引用計數機制無法GC掉循環參考的zval,即使指向該zval的變數已經被unset,從而導致了記憶體泄露(Memory Leak)。
zend_uchar type該欄位用於表明變數的實際類型。PHP中的變數包括四種標量類型(bool,int,float,string),兩種複合類型(array, object)和兩種特殊的類型(resource 和NULL)。在zend內部,這些類型對應於下面的宏(代碼位置 phpsrc/Zend/zend.h)
#define IS_NULL 0#define IS_LONG 1#define IS_DOUBLE 2#define IS_BOOL 3#define IS_ARRAY 4#define IS_OBJECT 5#define IS_STRING 6#define IS_RESOURCE 7#define IS_CONSTANT 8#define IS_CONSTANT_ARRAY 9#define IS_CALLABLE 10
5.2.1 整數、浮點數變數
整數、浮點數是PHP中的基礎類型之一,也是一個簡單型變數。對於整數和浮點數,在zvalue中直接儲存對應的值。其類型分別是long和double。
從zvalue結構中可以看出,對於整數類型,和c等強型別語言不同,PHP是不區分int、unsigned int、long、long long等類型的,對它來說,整數只有一種類型也就是long。由此,可以看出,在PHP裡面,整數的取值範圍是由編譯器位元來決定而不是固定不變的。在php中如果整數越界了會發生什嗎?php會自動給整數轉換成浮點數類型
對於浮點數,類似整數,它也不區分float和double而是統一隻有double一種類型
5.2.2 字元變數
和整數一樣,字元變數也是PHP中的基礎類型和簡單型變數。通過zvalue結構可以看出,在PHP中,字串是由由指向實際資料的指標和長度結 構體組成,這點和c++中的string比較類似。由於通過一個實際變數表示長度,和c不同,它的字串可以是2進位資料(包含0),同時在PHP中, 求字串長度strlen是O(1)操作
常見的字串拼接方式及速度比較:
假設有如下4個變數:strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456;
現在對如下的幾種字串拼接方式做一個比較和說明:
1 res = strA.strB和res = “strAstrB”
這種情況下,zend會重新malloc一塊記憶體並進行相應處理,其速度一般。
2 strA = strA.strB
這種是速度最快的,zend會在當前strA基礎上直接relloc,避免重複拷貝
3 res = intA.intB
這種速度較慢,因為需要做隱式的格式轉換,實際編寫程式中也應該注意盡量避免
4 strA = sprintf (“%s%s”,strA,strB);
這會是最慢的一種方式,因為sprintf在PHP中並不是一個語言結構,本身對于格式識別和處理就需要耗費比較多時間,另外本身機制也是malloc。不過sprintf的方式最具可讀性,實際中可以根據具體情況靈活選擇。
5.2.3 陣列變數
PHP的數組是通過Zend Hash Table來天然實現。
foreach操作如何??對一個數組的foreach就是通過遍曆hashtable中的雙向鏈表完成。對於索引數組,通過foreach遍 曆效率比for高很多,省去了key->value的尋找。count操作直接調用 HashTable->NumOfElements,O(1)操作。對於’123’這樣的字串,zend會轉換為其整數形 式。arr[‘123’]和arr[123]
5.3 PHP變數管理-引用計數和寫時拷貝
引用計數在記憶體回收、字串操作等地方使用非常廣泛。Zval的引用計數通過成員變數is_ref和ref_count實現,通過引用計數,多個變數可以共用同一份資料。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗。在進行賦值操作時,zend將變數指向相同的zval同時ref_count++,在unset操作時,對應的ref_count-1。只有ref_count減為0時才會真正執行銷毀操作。如果是引用賦值,則zend會修改is_ref為1。
PHP變數通過引用計數實現變數共用資料,那如果改變其中一個變數值呢?當試圖寫入一個變數時,Zend若發現該變數指向的zval被多個變數共用,則為其複製一份ref_count為1的zval,並遞減原zval的refcount,這個過程稱為“zval分離”。可見,只有在有寫操作發生時 zend才進行拷貝操作,因此也叫copy-on-write(寫時拷貝)
對於引用型變數,其要求和非引用型相反,引用賦值的變數間必須是捆綁的,修改一個變數就修改了所有捆綁變數。
5.4 PHP局部變數和全域變數的實現:
PHP中的局部變數和全域變數是如何?的?對於一個請求,任意時刻PHP都可以看到兩個符號表(symbol_table和 active_symbol_table),其中前者用來維護全域變數。後者是一個指標,指向當前活動的變數符號表,當程式進入到某個函數中時,zend 就會為它分配一個符號表x同時將active_symbol_table指向a。通過這樣的方式實現全域、局部變數的區分。
擷取變數值:PHP的符號表是通過hash_table實現的,對於每個變數都分配唯一標識,擷取的時候根據標識從表中找到相應zval返回。
函數中使用全域變數:在函數中,我們可以通過顯式申明global來使用全域變數。在active_symbol_table中建立symbol_table中同名變數的引用(引用變數的值要更新大家會一起更新),如果symbol_table中沒有同名變數則會先建立。