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PHP-FPM

1.1 传统Nginx+FPM架构

1.1.1 PHP-FPM 并发模型

图1.1.1 一个HTTP请求的流转过程在网络应用场景下，PHP并没有像Golang那样实现http网络库，而是实现了FastCGI协议，然后与web服务器配合实现了http的处理，web服务器来处理http请求，然后将解析的结果再通过FastCGI协议转发给处理程序，处理程序处理完成后将结果返回给web服务器，web服务器再返回给用户。PHP-FPM是经典的多进程并发模型，Master/Worker模型。Master进程与Worker进程之间不会直接进行通信，Master进程只负责Fork和管理子进程，网络请求由子进程处理，一个Worker进程同时只能处理一个请求。Master通过共享内存获取worker进程的信息，比如worker进程当前状态、已处理请求数等，当master进程要杀掉一个worker进程时则通过发送信号的方式通知worker进程。

1.1.2 PHP-FPM 初始化启动及 Worker 请求处理

PHP-FPM从初始化启动到Worker请求处理大概涉及到以下步骤：fpm_init() Master读取php-fpm.conf文件初始化内存配置变量、创建管道、套接字、启动事件管理 fpm_run() Master进程fork出子进程后阻塞，worker进城去accept请求，执行php脚本(1)等待请求： worker进程阻塞在fcgi_accept_request()等待请求；(2)解析请求： fastcgi请求到达后被worker接收，然后开始接收并解析请求数据，直到request数据完全到达；(3)请求初始化：执行php_request_startup()，此阶段会调用每个扩展的：PHP_RINIT_FUNCTION()；(4)编译、执行：由php_execute_script()完成PHP脚本的编译、执行；(5)关闭请求：请求完成后执行php_request_shutdown()，此阶段会调用每个扩展的：PHP_RSHUTDOWN_FUNCTION()，然后进入步骤(1)等待下一个请求。

图1.1.2 php生命周期生成的语法树和opcode，同一个PHP脚本每次运行的结果都是一样的，在PHP-FPM模式下，每次请求都要处理一遍，是对系统资源极大的浪费

1.2 Laravel框架的性能问题

laravel是fpm社区里面非常受欢迎的一款web框架，结合composer管理开发组件，可以帮助开发者在框架提供的多种优秀组件（ORM，Router，Middleware，Artisan等）和解决方案在PSR-4规范下高效的进行Web服务端开发。所以有人说，如果Wordpress让php焕发第一春，那么Laravel+Composer让PHP焕发第二春。虽然laravel框架开发起来简单高效，中文社区也非常活跃，生态丰富。但是用laravel开发的应用性能问题却一直被反复提及。造成Laravel性能问题的主要原因有以下几点：框架代码的深度封装，导致把fpm模式下框架启动需要加载大量类和文件的性能问题放大（需要new太多类，每次new一个类都要autoloader找到类所在文件再require）每一次请求都会将所有的路由和配置全部加在到内存中，即便这次请求可能用不到（这其实也要归咎于fpm一次请求结束后就会销毁内存的特性）在框架启动时会调用composer autoload，按照classmap、prs-4、psr-0等规范生成所有类的引入路径所以针对Laravel进行性能优化的方向也就是针对以上几点来进行的：服务器启用 PHP OPcache 扩展缓存 opcodephp artisan route:cache php artisan config:cache等缓存命令通过 composer install –optimize-autoloader –no-dev 初始化项目依赖，以便加速 Composer 定位指定类对应的加载文件，同时不安装开发环境使用的依赖

1.3 FPM架构的局限

并发模型带来的单台服务器性能局限只能开发HTTP服务器，如果需要WebSocket，TCP等其他协议的服务器怎么办服务处理中的内存状态无法持久化，绝大多数只能开发无状态服务，有状态服务需要借助本地文件或者mmap方式来实现Swoole-PHP的高性能通信引擎扩展

2.1 什么是Swoole

Swoole 是一个使用 C++ 语言编写的基于异步事件驱动和协程的并行网络通信引擎，为 PHP 提供协程、高性能网络编程支持。提供了多种通信协议的网络服务器和客户端模块，可以方便快速的实现 TCP/UDP服务、高性能Web、WebSocket服务、物联网、实时通讯、游戏、微服务等，使 PHP 不再局限于传统的 Web 领域。Swoole的出现可以打开上述FPM所面临的局限Swoole是通过cli模式启动的常驻内存服务，通过自身提供的异步/协程服务端可以提高单机服务的并发性能（即便是同步I/O的服务性能也会有较大提升）Swoole提供了多种通信协议的网络服务器，包括TCP、UDP、HTTP、WebSocket、MQTTSwoole提供该性能共享内存SwooleTable、进程间无锁计数器Atomic、进程间API等方式保证有状态服务进程间的同步底层hook原生PHP函数，使其能够更好的运行在协程server内（底层替换了ZendVM Stream的函数指针，所有使用php_stream进行socket操作均变成协程调度的异步IO）

2.2 如何使用Swoole

2.2.1 协程风格HTTP服务端

<?php
use SwooleCoroutineHttpServer;
use function SwooleCoroutinerun;

run(function () {

$server = new Server('127.0.0.1', 9502, false);
$server->handle('/test', function ($request, $response) {
    Co::sleep(1);
    $response->end("test");
});
$server->handle('/stop', function ($request, $response) use ($server) {
    $response->end("Stop");
    $server->shutdown();
});
$server->start();

});

2.2.2 协程风格TCP服务端

<?php
use SwooleProcess;
use SwooleCoroutine;
use SwooleCoroutineServerConnection;

//多进程管理模块
$pool = new ProcessPool(2);
//让每个OnWorkerStart回调都自动创建一个协程
$pool->set([‘enable_coroutine’ => true]);
$pool->on(‘workerStart’, function ($pool, $id) {

//每个进程都监听9501端口
$server = new SwooleCoroutineServer('127.0.0.1', 9501, false, true);

//收到15信号关闭服务
Process::signal(SIGTERM, function () use ($server) {
    $server->shutdown();
});

//接收到新的连接请求 并自动创建一个协程
$server->handle(function (Connection $conn) {
    while (true) {
        //接收数据
        $data = $conn->recv(10);

        if ($data === '' || $data === false) {
            $errCode = swoole_last_error();
            $errMsg = socket_strerror($errCode);
            echo "errCode: {$errCode}, errMsg: {$errMsg}n";
            $conn->close();
            break;
        }

        //发送数据
        $conn->send('hello');

        Coroutine::sleep(1);
    }
});

//开始监听端口
$server->start();

});
$pool->start();

2.3 Swoole并发模型

Swoole服务端进程线程结图2.3.1 swoole_processSWOOLE_PROCESS 模式的 Server 所有客户端的 TCP 连接都是和主进程建立的，内部实现比较复杂，用了大量的进程间通信、进程管理机制。适合业务逻辑非常复杂的场景。Swoole 提供了完善的进程管理、内存保护机制。在业务逻辑非常复杂的情况下，也可以长期稳定运行。优点：连接与数据请求发送是分离的，不会因为某些连接数据量大某些连接数据量小导致 Worker 进程不均衡Worker 进程发生致命错误时，连接并不会被切断可实现单连接并发，仅保持少量 TCP 连接，请求可以并发地在多个 Worker 进程中处理缺点：存在 2 次 IPC 的开销，master 进程与 worker 进程需要使用 unixSocket 进行通信2.3.2 swoole_baseSWOOLE_BASE 这种模式就是传统的异步非阻塞 Server。与 Nginx 和 Node.js 等程序是完全一致的。BASE 模式下没有 Master 进程的角色，只有 Manager 进程的角色。每个 Worker 进程同时承担了 SWOOLE_PROCESS 模式下 Reactor 线程和 Worker 进程两部分职责。优点：BASE 模式没有 IPC 开销，性能更好BASE 模式代码更简单，不容易出错缺点TCP 连接是在 Worker 进程中维持的，所以当某个 Worker 进程挂掉时，此 Worker 内的所有连接都将被关闭少量 TCP 长连接无法利用到所有 Worker 进程TCP 连接与 Worker 是绑定的，长连接应用中某些连接的数据量大，这些连接所在的 Worker 进程负载会非常高。但某些连接数据量小，所以在 Worker 进程的负载会非常低，不同的 Worker 进程无法实现均衡。如果回调函数中有阻塞操作会导致 Server 退化为同步模式，此时容易导致 TCP 的 backlog 队列塞满问题。

2.4 Swoole Coroutine和 Go Goroutine的区别

swoole的协程需要再协程上下文中使用swoole的协程是通过hook底层php函数实现的，go是原生支持的swoole是单线程协程，同一时间只会调度一个协程，而go是多线程实现的<?php
$n = 4;
for ($i = 0; $i

go(function () use ($i) {
    // 模拟 IO 等待
    Co::sleep(1);
    echo microtime(true) . ": hello $i " . PHP_EOL;
});

};
echo “hello main n”;
SwooleEvent::wait();2.5 Swoole 和 Go HTTP服务器性能对比2.5.1 压测代码Swoole HTTP 代码如下使用Swoole/Server 设置 2个worker进程$http = new SwooleHttpServer(“127.0.0.1”, 9502, SWOOLE_PROCESS);
$http->set(array(

'worker_num'    => 2,     // worker process num

));
$http->on(‘request’, function ($request, $response) {

$response->end("test");

});
$http->start();Go HTTP 代码如下package main

import (

"fmt"
"time"
"net/http"
"log"

)

func test(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {

fmt.Fprintf(w, "test") //这个写入到w的是输出到客户端的

}

func main(){

http.HandleFunc("/test", test) //设置访问的路由
err := http.ListenAndServe(":9502", nil) //设置监听的端口
if err != nil {
    log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
}

}
2.5.2 压测命令wrk -t8 -c200 -d30s –latency “http://127.0.0.1:9502/test”2.5.3 压测结果Running 30s test @ http://127.0.0.1:9502/test
8 threads and 200 connections
Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev

Latency     1.42ms  318.83us  11.60ms   75.70%
Req/Sec    17.62k     1.70k   20.29k    62.75%

Latency Distribution

 50%    1.35ms
 75%    1.58ms
 90%    1.82ms
 99%    2.29ms

4222085 requests in 30.10s, 628.13MB read
Socket errors: connect 0, read 60, write 0, timeout 0
Requests/sec: 140262.55
Transfer/sec: 20.87MBRunning 30s test @ http://127.0.0.1:9502/test
8 threads and 200 connections
Thread Stats Avg Stdev Max +/- Stdev

Latency     2.29ms    0.90ms  33.35ms   86.15%
Req/Sec    10.99k     1.74k   17.86k    71.76%

Latency Distribution

 50%    2.36ms
 75%    2.70ms
 90%    2.97ms
 99%    3.50ms

2632268 requests in 30.10s, 301.24MB read
Socket errors: connect 0, read 51, write 0, timeout 0
Requests/sec: 87441.90
Transfer/sec: 10.01MB注：压测结果上Swoole和Golang的差距主要体现在go是使用单线程eventloop处理IO事件，多线程实现协程调度，执行用户层代码swoole使用多线程eventloop处理IO事件，多进程执行用户层php代码Hyperf-基于Swoole的PHP协程框架Hyperf 的出现是为了解决Swoole门槛高，上手难的问题。结合Composer组件，帮助使用者以低成本打造一套高性能的灵活的应用服务。

3.1 Hyperf特性

Hyperf内置大量的协程组件，以保证请求不回退化到阻塞模式。Hyperf支持多端口监听，可同时启动HTTP和WebSocket端口支持jsonRPC，gRPC微服务配套设施（熔断、降级、配置中心、链路追踪、Metric监控等）因为是常驻内存的服务，所以引入连接池（Mysql、Redis、GuzzleHttp）ORM 基于Laravel ORM进行改造，从Laravel/Lumen 移植过来非常顺畅3.2 Hyperf框架核心3.2.1 依赖注入Hyperf/DI 是框架中管理对象类创建和依赖关系的组件，也是实现注解和 AOP 功能的关键。DI中管理的对象都是用于服务长生命周期的单例对象，短生命周期使用make()方法创建。依据创建对象的需求不同可分为以下三种注入方式简单对象注入抽象对象注入工厂对象注入3.2.2 注解和 AOPHyperf基于AOP和注解实现了诸多框架基础功能，如依赖注入 @Inject()路由定义 @AutoController()中间件 @Middleware(FooMiddleware::class) 缓存 @Cacheable(prefix=”user”, ttl=9000, listener=”user-update”)3.2.3 事件机制和生命周期Hyperf的事件机制存在于框架启动时，能够帮助用户更好的和框架配合完成逻辑的解耦，例如DBqueryLisenner。在处理每个连接时，会默认创建一个协程去处理，主要体现在 onRequest、onReceive、onConnect 事件，所以可以理解为每个请求都是一个协程，由于创建协程也是个常规操作，所以一个请求协程里面可能会包含很多个协程，同一个进程内协程之间是内存共享的，但调度顺序是非顺序的，且协程间本质上是相互独立的没有父子关系，所以对每个协程的状态处理都需要通过协程上下文来管理。

最后这次分享不是不是为了比较一个高低，不是说FPM模式下的开发方式和项目就不好，而是想表达fpm可能已经不适合当下追求并发，尽可能榨取服务器CPU性能的要求了。Swoole在php原生语法简单高效的基础上，为php搭建了基于协程（异步非阻塞）的运行模式，再加上Hyperf这样组件化的成熟框架，使得上手Swoole不在困难。让大家了解到这种开发方式的可能性就可以了。

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