PHP的运⾏机制与原理（底层）
说到php的运⾏机制还要先给⼤家介绍php的模块，PHP总共有三个模块：内核、Zend引擎、以及扩展层；PHP内核⽤来处理请求、⽂件流、错误处理等相关操作；Zend引擎（ZE）⽤以将源⽂件转换成机器语⾔，然后在虚拟机上运⾏它；扩展层是⼀组函数、类库和流，PHP 使⽤它们来执⾏⼀些特定的操作。⽐如，我们需要mysql扩展来连接MySQL数据库；当ZE执⾏程序时可能会需要连接若⼲扩展，这时ZE将控制权交给扩展，等处理完特定任务后再返还；
最后，ZE将程序运⾏结果返回给PHP内核，它再将结果传送给SAPI层，最终输出到浏览器上。
PHP说简单，但是要精通也不是⼀件简单的事。我们除了会使⽤之外，还得知道它底层的⼯作原理。
PHP是⼀种适⽤于web开发的动态语⾔。具体点说，就是⼀个⽤C语⾔实现包含⼤量组件的软件框架。更狭义点看，可以把它认为是⼀个强⼤的UI框架。
了解PHP底层实现的⽬的是什么？动态语⾔要像⽤好⾸先得了解它，内存管理、框架模型值得我们借鉴，通过扩展开发实现更多更强⼤的功能，优化我们程序的性能。
1. PHP的设计理念及特点
多进程模型：由于PHP是多进程模型，不同请求间互不⼲涉，这样保证了⼀个请求挂掉不会对全盘服务造成影响，当然，随着时代发
展，PHP也早已⽀持多线程模型。
弱类型语⾔：和C/C++、Java、C#等语⾔不同，PHP是⼀门弱类型语⾔。⼀个变量的类型并不是⼀开始就确定不变，运⾏中才会确定并可能发⽣隐式或显式的类型转换，这种机制的灵活性在web开发中⾮常⽅便、⾼效，具体会在后⾯PHP变量中详述。
引擎(Zend)+组件(ext)的模式降低内部耦合。
中间层(sapi)隔绝web server和PHP。
语法简单灵活，没有太多规范。缺点导致风格混杂，但再差的程序员也不会写出太离谱危害全局的程序。
2. PHP的四层体系
PHP的核⼼架构如下图：
从图上可以看出，PHP从下到上是⼀个4层体系：
Zend引擎：Zend整体⽤纯C实现，是PHP的内核部分，它将PHP代码翻译（词法、语法解析等⼀系列编译过程）为可执⾏opcode的处理并实现相应的处理⽅法、实现了基本的数据结构（如hashtable、oo）、内存分配及管理、提供了相应的api⽅法供外部调⽤，是⼀切的核⼼，所有的外围功能均围绕Zend实现。
Extensions：围绕着Zend引擎，extensions通过组件式的⽅式提供各种基础服务，我们常见的各种内置函数（如array系列）、标准库等都是通过extension来实现，⽤户也可以根据需要实现⾃⼰的extension以达到功能扩展、性能优化等⽬的（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全称是Server Application Programming Interface，也就是服务端应⽤编程接⼝，Sapi通过⼀系列钩⼦函数，使得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：这就是我们平时编写的PHP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、在命令⾏下以脚本⽅式运⾏等等。
如果PHP是⼀辆车，那么车的框架就是PHP本⾝，Zend是车的引擎（发动机），Ext下⾯的各种组件就是车的轮⼦，Sapi可以看做是公路，车可以跑在不同类型的公路上，⽽⼀次PHP程序的执⾏就是汽车跑在公路上。因此，我们需要：性能优异的引擎+合适的车轮+正确的跑道。
3. Sapi
如前所述，Sapi通过通过⼀系列的接⼝，使得外部应⽤可以和PHP交换数据并可以根据不同应⽤特点实现特定的处理⽅法，我们常见的⼀些sapi有：
apache2handler：这是以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直接的另⼀种交互⽅式，也就是⼤名⿍⿍的fastcgi协议，在最近今年fastcgi+PHP得到越来越多的应⽤，也是异步webserver所唯⼀⽀持的⽅式。
cli：命令⾏调⽤的应⽤模式
4. PHP的执⾏流程&opcode
我们先来看看PHP代码的执⾏所经过的流程。
从图上可以看到，PHP实现了⼀个典型的动态语⾔执⾏过程：拿到⼀段代码后，经过词法解析、语法解析等阶段后，源程序会被翻译成⼀个个指令(opcodes)，然后ZEND虚拟机顺次执⾏这些指令完成操作。PHP本⾝是⽤C实现的，因此最终调⽤的也都是C的函数，实际上，我们可以把PHP看做是⼀个C开发的软件。
编程php语言
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。
常见的⼏个处理函数：
ZEND_ASSIGN_SPEC_CV_CV_HANDLER : 变量分配 （b）
ZEND_DO_FCALL_BY_NAME_SPEC_HANDLER：函数调⽤
ZEND_CONCAT_SPEC_CV_CV_HANDLER：字符串拼接 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
5. HashTable — 核⼼数据结构
HashTable是zend的核⼼数据结构，在PHP⾥⾯⼏乎并⽤来实现所有常见功能，我们知道的PHP数组即是其典型应⽤，此外，在zend内部，如函数符号表、全局变量等也都是基于hash table来实现。
PHP的hash table具有如下特点：
⽀持典型的key->value查询
可以当做数组使⽤
添加、删除节点是O（1）复杂度
key⽀持混合类型：同时存在关联数组合索引数组
Value⽀持混合类型：array (“string”,2332)
⽀持线性遍历：如foreach
a =a .
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。其结构如下图：
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。）：
getKeyHashValue h;
index = n & nTableMask;
Bucket *p = arBucket[index];
while § {
if ((p->h == h) & (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
RETURN p->data;
}
p=p->next;
}
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
6. PHP变量
PHP是⼀门弱类型语⾔，本⾝不严格区分变量的类型。PHP在变量申明的时候不需要指定类型。PHP在程序运⾏期间可能进⾏变量类型的隐⽰转换。和其他强类型语⾔⼀样，程序中也可以进⾏显⽰的类型转换。PHP变量可以分为简单类型(int、string、bool)、集合类型(array resource object)和常量(const)。以上所有的变量在底层都是同⼀种结构 zval。
Zval是zend中另⼀个⾮常重要的数据结构，⽤来标识并实现PHP变量，其数据结构如下：
Zval主要由三部分组成：
type：指定了变量所述的类型（整数、字符串、数组等）
refcount&is_ref：⽤来实现引⽤计数(后⾯具体介绍)
value：核⼼部分，存储了变量的实际数据
Zvalue是⽤来保存⼀个变量的实际数据。因为要存储多种类型，所以zvalue是⼀个union，也由此实现了弱类型。
PHP变量类型和其实际存储对应关系如下：
IS_LONG -> lvalue
IS_DOUBLE -> dvalue
IS_ARRAY -> ht
IS_STRING -> str
IS_RESOURCE -> lvalue
引⽤计数在内存回收、字符串操作等地⽅使⽤⾮常⼴泛。PHP中的变量就是引⽤计数的典型应⽤。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。
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、lo
ng、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。
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。

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