PHP执行原理

摘要：执行原理是一门应用非常简单，开发效率极高的一门语言，其弱类型的变量能省去程序员大量的定义变量类型转换等的时间和精力。程序最终被翻译为一组处理函数的顺序执行。只有减为时才会真正执行销毁操作。

PHP执行原理

php是一门应用非常简单，开发效率极高的一门语言，其弱类型的变量能省去程序员大量的定义变量、类型转换等的时间和精力。它是一种适用于web开发的动态语言。

多进程模型：这样能做到进程间互相不受影响，对于进程的资源利用更快速、便捷

弱类型语言：和强类型语言C、C++、java等语言不同，php中变量的类型并不是一开始就确定的，他是在运行时才确定的，可以隐式或显式的对其进行类型转换，这就使其在开发中非常的灵活，程序员无需关注变量类型的问题

Zend引擎+ 组件（ext）的模式降低内部的耦合

中间层（sapi）隔绝web server 和php

语法简单灵活，规范少。这一点就有利有弊了。。。

php从上到下一共四层体系：

Zend引擎：Zend整体用C实现，是php的内核部分，它将php的代码翻译成可执行的opcode的，处理并实现相应的处理方法（原理：鸟哥的博客）、实现了基本的数据结构、内存分配及管理、提供了相应api方法供外部使用，是一切的核心。

Extensions：围绕着Zend引擎，extensions通过组件的方式提供各种基础服务，常用的内置函数array、标准库等都是通过extension来实现的，用户也可以根据需要实现自己的extension以达到功能扩展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）。

Sapi：Sapi全称Server Application Programing Interface， 也就是服务端应用编程接口，Sapi通过一些列钩子函数，使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。

上层应用：这就是程序员编写的应用程序，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，在命令行下以脚本的方式运行等等

如前所属，Sapi通过一些列的接口，使外部应用可以和php交换数据并可以根据不同的应用特点实现特定的处理方法，常见的sapi有：

apache2handler：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的另外一种交互方式，也就是fastcgi协议

cli：命令调试应用模式

从图中可以看出，php通过Zend引擎实现了一个典型的动态语言的执行过程：获取一段代码片段，经过词法解析、语法解析等阶段，源程序被翻译成一个个指令（opcodes），然后Zend虚拟机顺序执行这些指令。PHP本身是用C语言实现的，因此最终调用的也是C语言的函数。

PHP的执行的核心是翻译出来的一条一条指令，也即opcode

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程序最终被翻译为一组opcode处理函数的顺序执行。

常用的几个函数：

END_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配 （ a=b)

ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函数调用

ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 a.b

ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER: 加法运算a+2

ZEND_IS_EQUAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 a==1

ZEND_IS_IDENTICAL_SPEC_CV_CONST：判断相等 a===1

Zend引擎作为php的内核，主要的设计机制有：

5.1 实现HashTable数据结构

HashTable是Zend的核心数据结构，在php里面几乎用来实现所有功能，php的数据array()就是典型的应用。此外在Zend内部，如函数符号表、全景变量都是通过HashTable来实现的。

Zend hash table 实现了典型的hash表散列结构，同时通过附加一个双向链表，提供了正向、反向、遍历数组的功能，结构如图：

可以看到，在hash table中既有key->value形式的散列结构，也有双向链表模式，使得它能够非常方便的支持快速查找和线性遍历。 
散列结构：Zend的散列结构是典型的hash表模型，通过链表的方式来解决冲突。需要注意的是zend的hash table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倍的方式扩容并重新元素位置。初始大小均为8。另外，在进行 key->value快速查找时候，zend本身还做了一些优化，通过空间换时间的方式加快速度。比如在每个元素中都会用一个变量 nKeyLength标识key的长度以作快速判定。 
双向链表：Zend hash table通过一个链表结构，实现了元素的线性遍历。理论上，做遍历使用单向链表就够了，之所以使用双向链表，主要目的是为了快速删除，避免遍历。 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。 
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（从代码可以看出，这是一个常见的hash查询过程并增加一些快速判定加速查找）：

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索引数组：索引数组就是我们常见的数组，通过下标访问。例如 arr[0]，Zend HashTable内部进行了归一化处理，对于index类型key同样分配了hash值和nKeyLength(为0)。内部成员变量 nNextFreeElement就是当前分配到的最大id，每次push后自动加一。正是这种归一化处理，PHP才能够实现关联和非关联的混合。由于 push操作的特殊性，索引key在PHP数组中先后顺序并不是通过下标大小来决定，而是由push的先后决定。例如 arr[1] = 2; arr[2] = 3;对于double类型的key，Zend HashTable会将他当做索引key处理

5.2 PHP变量的实现原理

PHP是一门弱类型语言，不严格区分变量的类型。PHP的变量可以分为简单类型（int、sting、bool）、集合类型(array, resource, object) 和常量(const)，所有的变量在底层都所以同一种结构zval

zval是zend中非常重要的数据结构，用来标示并实现php的变量，其数据结构如下：

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，

zval_value value是变量的实际值，具体来说是一个zvalue_value联合体：

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是一个计数器，用来保存多少变量（或者符号，symbols ）指向了该zval。在变量生成时，其refcount=1，典型的赋值操作如$a = $b会令zval的refcount加1，而unset操作会相应的减1。在PHP5.3之前，使用引用计数的机制来实现GC，如果一个zval的refcount较少到0，那么Zend引擎会认为没有任何变量指向该zval，因此会释放该zval所占的内存空间。但，事情有时并不会那么简单。后面我们会看到，单纯的引用计数机制无法GC掉循环引用的zval，即使指向该zval的变量已经被unset，从而导致了内存泄露（Memory Leak）。

zend_uchar type该字段用于表明变量的实际类型。PHP中的变量包括四种标量类型（bool,int,float,string），两种复合类型（array, object）和两种特殊的类型（resource 和NULL）。在zend内部，这些类型对应于下面的宏（代码位置 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

is_ref__gc这个字段用于标记变量是否是引用变量。对于普通的变量，该值为0，而对于引用型的变量，该值为1。这个变量会影响zval的共享、分离等

5.2.1 整数、浮点数变量

整数、浮点数是PHP中的基础类型之一，也是一个简单型变量。对于整数和浮点数，在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。 
从zvalue结构中可以看出，对于整数类型，和c等强类型语言不同，PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的，对它来说，整数只有一种类型也就是long。由此，可以看出，在PHP里面，整数的取值范围是由编译器位数来决定而不是固定不变的。在php中如果整数越界了会发生什么？php会自动给整数转换成浮点数类型

对于浮点数，类似整数，它也不区分float和double而是统一只有double一种类型

5.2.2 字符变量

和整数一样，字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。通过zvalue结构可以看出，在PHP中，字符串是由由指向实际数据的指针和长度结 构体组成，这点和c++中的string比较类似。由于通过一个实际变量表示长度，和c不同，它的字符串可以是2进制数据（包含0），同时在PHP中， 求字符串长度strlen是O(1)操作

常见的字符串拼接方式及速度比较：

假设有如下4个变量：strA=‘123’; strB = ‘456’; intA=123; intB=456; 
现在对如下的几种字符串拼接方式做一个比较和说明： 
1 res = strA.strB和res = “strAstrB” 
这种情况下，zend会重新malloc一块内存并进行相应处理，其速度一般。 
2 strA = strA.strB 
这种是速度最快的，zend会在当前strA基础上直接relloc，避免重复拷贝 
3 res = intA.intB 
这种速度较慢，因为需要做隐式的格式转换，实际编写程序中也应该注意尽量避免 
4 strA = sprintf (“%s%s”,strA，strB); 
这会是最慢的一种方式，因为sprintf在PHP中并不是一个语言结构，本身对于格式识别和处理就需要耗费比较多时间，另外本身机制也是malloc。不过sprintf的方式最具可读性，实际中可以根据具体情况灵活选择。

5.2.3 数组变量

PHP的数组是通过Zend Hash Table来天然实现。

foreach操作如何实现？对一个数组的foreach就是通过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组，通过foreach遍 历效率比for高很多，省去了key->value的查找。count操作直接调用 HashTable->NumOfElements，O(1)操作。对于’123’这样的字符串，zend会转换为其整数形 式。arr[‘123’]和arr[123]

5.3 PHP变量管理-引用计数和写时拷贝

引用计数在内存回收、字符串操作等地方使用非常广泛。Zval的引用计数通过成员变量is_ref和ref_count实现，通过引用计数，多个变量可以共享同一份数据。避免频繁拷贝带来的大量消耗。在进行赋值操作时，zend将变量指向相同的zval同时ref_count++，在unset操作时，对应的ref_count-1。只有ref_count减为0时才会真正执行销毁操作。如果是引用赋值，则zend会修改is_ref为1。

PHP变量通过引用计数实现变量共享数据，那如果改变其中一个变量值呢？当试图写入一个变量时，Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享，则为其复制一份ref_count为1的zval，并递减原zval的refcount，这个过程称为“zval分离”。可见，只有在有写操作发生时 zend才进行拷贝操作，因此也叫copy-on-write(写时拷贝)

对于引用型变量，其要求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修改一个变量就修改了所有捆绑变量。

5.4 PHP局部变量和全局变量的实现：

PHP中的局部变量和全局变量是如何实现的？对于一个请求，任意时刻PHP都可以看到两个符号表(symbol_table和 active_symbol_table)，其中前者用来维护全局变量。后者是一个指针，指向当前活动的变量符号表，当程序进入到某个函数中时，zend 就会为它分配一个符号表x同时将active_symbol_table指向a。通过这样的方式实现全局、局部变量的区分。

获取变量值：PHP的符号表是通过hash_table实现的，对于每个变量都分配唯一标识，获取的时候根据标识从表中找到相应zval返回。

函数中使用全局变量：在函数中，我们可以通过显式申明global来使用全局变量。在active_symbol_table中创建symbol_table中同名变量的引用（引用变量的值要更新大家会一起更新），如果symbol_table中没有同名变量则会先创建。

参考：

http://blog.csdn.net/lili0710432/article/details/47816365

http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html

[http://blog.csdn.net/ohmygirl...