Swoole跟传统的php web开发有什么区别,如何回答 ?

除了传统的LAMP/LNMP同步开发模式,swoole的异步开发模式是怎么样的呢?

传统web开发模式

PHP web开发采用的方式是LAMP/LNMP架构,即Linux、Nginx,Mysql和PHP。这里以nginx来举例,大致结构为:

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当请求进入时,web server将请求转交给PHP-FPM,PHP-FPM是一个进程池架构的FastCGI服务,内置PHP解释器。

FPM负责解释执行PHP文件生成响应,最终返回给web server,展现至前端。PHP文件中实现了许多业务逻辑,包括MysqlNosql的访问,调用第三方应用等等。

这样的结构php-fpmnginx的配合已经运行得足够好,但是由于php-fpm本身是同步阻塞进程模型,在请求结束后释放所有的资源(包括框架初始化创建的一系列对象),导致PHP进程“空转”(创建<–>销毁<–>创建)消耗大量的CPU资源,从而导致单机的吞吐能力有限。

每次请求处理的过程都意味着一次PHP文件解析,环境设置等不必要的耗时操作PHP进程处理完即销毁,无法在PHP程序中使用连接池等技术实现性能优化。

Swoole运行模式

针对传统架构的问题,swoole从PHP扩展出发,解决了上述问题,相比于传统架构,Swoole进程模型最大的特点在于其多线程Reactor模式处理网络请求,使得其能轻松应对大量连接。

除此之外的优点还包括:

  • 全异步非阻塞,占用资源开销小,程序执行效率高
  • 程序运行只解析加载一次PHP文件,避免每次请求的重复加载

使用swoole和传统php开发的缺点

1、更难上手。这要求开发人员对于多进程的运行模式有更清晰的认识

2、更容易内存泄露。在处理全局变量,静态变量的时候一定要小心,这种不会被GC清理的变量会存在整个生命周期中,如果没有正确的处理,很容易消耗完所有的内存。在php-fpm下,php代码执行完内存就会被完全释放。

swoole当中使用容器更有意义

传统的php框架没有常驻内存,因此每次请求进来都需要把用到的类都实例化一次,每次实例化都需要申请内存,当请求处理完之后又需要释放,具体请参看第一点,所以我们可以在server启动的时候就把类实例化预先放到内存中,减入对象的创建时间。

一个简单的bean容器

class BeanFactory{
    private static $container=[];

    public static function set(string $name,callable $func){
        self::$container[$name]=$func;
    }


    public static function get(string $name){
        if(isset(self::$container[$name])){
            return (self::$container[$name])();
        }
        return null;
    }
}

Swoole进程结构

Swoole的高效不仅仅于底层使用c编写,他的进程结构模型也使其可以高效的处理业务,我们想要深入学习,并且在实际的场景当中使用必须了解,下面我们先看一下结构图

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首先先介绍下swoole的这几种进程分别是干什么的

从这些层级的名字,我们先大概说一下,下面这些层级分别是干什么的,做一个详细的说明。
1、Master进程:主进程
2、Manger进程:管理进程
3、Worker进程:工作进程
4、Task进程:异步任务工作进程

Master进程
第一层,Master进程,这个是swoole的主进程,这个进程是用于处理swoole的核心事件驱动的,那么在这个进程当中可以看到它拥有一个MainReactor[线程]以及若干个Reactor[线程],swoole所有对于事件的监听都会在这些线程中实现,比如来自客户端的连接,信号处理等。

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每一个线程都有自己的用途,下面多每个线程有一个了解
MainReactor(主线程)
主线程会负责监听server socket,如果有新的连接accept,主线程会评估每个Reactor线程的连接数量。将此连接分配给连接数最少的reactor线程,做一个负载均衡。

Reactor线程组
Reactor线程负责维护客户端机器的TCP连接、处理网络IO、收发数据完全是异步非阻塞的模式。

swoole的主线程在Accept新的连接后,会将这个连接分配给一个固定的Reactor线程,在socket可读时读取数据,并进行协议解析,将请求投递到Worker进程。在socket可写时将数据发送给TCP客户端。

心跳包检测线程(HeartbeatCheck)
Swoole配置了心跳检测之后,心跳包检测线程会在固定时间内对所有之前在线的连接

  • 发送检测数据包
  • UDP收包线程(UdpRecv)
  • 接收并且处理客户端udp数据包

管理进程Manager
Swoole想要实现最好的性能必须创建出多个工作进程帮助处理任务,但Worker进程就必须fork操作,但是fork操作是不安全的,如果没有管理会出现很多的僵尸进程,进而影响服务器性能,同时worker进程被误杀或者由于程序的原因会异常退出,为了保证服务的稳定性,需要重新创建worker进程。

Swoole在运行中会创建一个单独的管理进程,所有的worker进程和task进程都是从管理进程Fork出来的。管理进程会监视所有子进程的退出事件,当worker进程发生致命错误或者运行生命周期结束时,管理进程会回收此进程,并创建新的进程。换句话也就是说,对于workertask进程的创建、回收等操作全权有“保姆”Manager进程进行管理。

再来一张图梳理下Manager进程和Worker/Task进程的关系。

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Worker进程
worker 进程属于swoole的主逻辑进程,用户处理客户端的一系列请求,接受由Reactor线程投递的请求数据包,并执行PHP回调函数处理数据生成响应数据并发给Reactor线程,由Reactor线程发送给TCP客户端可以是异步非阻塞模式,也可以是同步阻塞模式

Task进程
taskWorker进程这一进城是swoole提供的异步工作进程,这些进程主要用于处理一些耗时较长的同步任务,在worker进程当中投递过来。

client跟server的交互:
1、client请求到达 Main Reactor,Client实际上是与Master进程中的某个Reactor线程发生了连接。

2、Main Reactor根据Reactor的情况,将请求注册给对应的Reactor

3、客户端有变化时Reactor将数据交给worker来处理

4、worker处理完毕,通过进程间通信(比如管道、共享内存、消息队列)发给对应的reactor

5、reactor将响应结果发给相应的连接请求处理完成

示意图:

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一个更通俗的比喻,假设Server就是一个工厂,那Reactor就是销售,接受客户订单。而Worker就是工人,当销售接到订单后,Worker去工作生产出客户要的东西。而Task_Worker可以理解为行政人员,可以帮助Worker干些杂事,让Worker专心工作。

进程的绑定事件
Master进程内的回调函数

  • onStart Server启动在主进程的主线程回调此函数
  • onShutdown 此事件在Server正常结束时发生

Manager进程内的回调函数

  • onManagerStart 当管理进程启动时调用它
  • onManagerStop 当管理进程结束时调用它
  • onWorkerError 当worker/task_worker进程发生异常后会在Manager进程内回调此函数

Worker进程内的回调函数

  • onWorkerStart  此事件在Worker进程/Task进程启动时发生
  • onWorkerStop    此事件在worker进程终止时发生。
  • onConnect   有新的连接进入时,在worker进程中回调
  • onClose   TCP客户端连接关闭后,在worker进程中回调此函数
  • onReceive 接收到数据时回调此函数,发生在worker进程中
  • onRequest   有新的连接进入时,在worker进程中回调
  • onPacket 接收到UDP数据包时回调此函数,发生在worker进程中
  • onFinish  当worker进程投递的任务在task_worker中完成时,task进程会通过finish()方法将任务处理的结果发送给worker进程。
  • onWorkerExit  仅在开启reload_async特性后有效。异步重启特性
  • onPipeMessage  当工作进程收到由 sendMessage 发送的管道消息时会触发事件

Task进程内的回调函数

  • onTask   在task_worker进程内被调用。worker进程可以使用swoole_server_task函数向task_worker进程投递新的任务
  • onWorkerStart  此事件在Worker进程/Task进程启动时发生
  • onPipeMessage  当工作进程收到由 sendMessage 发送的管道消息时会触发事件

swoole运行模式及热重启
Swoole之所以性能卓越,是因为Swoole减少了每一次请求加载PHP文件以及初始化的开销。

但是这种优势也导致开发者无法像过去一样,修改PHP文件,重新请求,就能获取到新代码的运行结果。

如果需要新代码开始执行,往往需要先关闭服务器然后重启,这样才能使得新文件被加载进内存运行,这样很明显不能满足开发者的需求。幸运的是,Swoole提供了这样的功能。

在swoole中,我们可以向主进程发送各种不同的信号,主进程根据接收到的信号类型做出不同的处理。

比如下面这几个
1、kill -SIGTERM master_pid 终止Swoole程序,一种优雅的终止信号,会待进程执行完当前程序之后中断,而不是直接干掉进程

2、kill -USR1 master_pid 重启所有的Worker进程

3、kill -USR2|-12 master_pid 重启所有的Task Worker进程

USR1信号被发送给Master进程后,Master进程会将同样的信号通过Manager进程转发Worker进程,收到此信号的Worker进程会在处理完正在执行的逻辑之后,释放进程内存,关闭自己,然后由Manager进程重启一个新的Worker进程。新的Worker进程会占用新的内存空间,重新加载文件。

具体场景:
如果是上线的项目,一台繁忙的后端服务器随时都在处理请求,如果管理员通过kill进程方式来终止/重启服务器程序,可能导致刚好代码执行到一半终止。

这种情况下会产生数据的不一致。如交易系统中,支付逻辑的下一段是发货,假设在支付逻辑之后进程被终止了。会导致用户支付了货币,但并没有发货,后果非常严重。

如何解决?
这个时候我们需要考虑如何平滑重启server的问题了。所谓的平滑重启,也叫“热重启”,就是在不影响用户的情况下重启服务,更新内存中已经加载的php程序代码,从而达到对业务逻辑的更新。

swoole为我们提供了平滑重启机制,我们只需要向swoole_server的主进程发送特定的信号,即可完成对server的重启。

注意事项:
1、更新仅仅只是针对worker进程,也就是写在master进程跟manger进程当中更新代码并不生效,也就是说只有在onWorkerStart回调之后加载的文件,重启才有意义。

在Worker进程启动之前就已经加载到内存中的文件,如果想让它重新生效,只能关闭server再重启。

2、直接写在worker代码当中的逻辑是不会生效的,就算发送了信号也不会,需要通过include方式引入相关的业务逻辑代码才会生效

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