标签:解决 客户 参考 不同的 无法 fwrite 返回 同步阻塞 唤醒
并发 IO 问题一直是服务器端编程中的技术难题,从最早的同步阻塞直接 Fork 进程,到 Worker 进程池/线程池,到现在的异步IO、协程。PHP 程序员因为有强大的 LAMP 框架,对这类底层方面的知识知之甚少,本文目的就是详细介绍 PHP 进行并发 IO 编程的各种尝试,最后再介绍 Swoole 的使用,深入浅出全面解析并发 IO 问题。
最早的服务器端程序都是通过多进程、多线程来解决并发IO的问题。进程模型出现的最早,从 Unix 系统诞生就开始有了进程的概念。最早的服务器端程序一般都是 Accept 一个客户端连接就创建一个进程,然后子进程进入循环同步阻塞地与客户端连接进行交互,收发处理数据。
多线程模式出现要晚一些,线程与进程相比更轻量,而且线程之间是共享内存堆栈的,所以不同的线程之间交互非常容易实现。比如聊天室这样的程序,客户端连接之间可以交互,比聊天室中的玩家可以任意的其他人发消息。用多线程模式实现非常简单,线程中可以直接向某一个客户端连接发送数据。而多进程模式就要用到管道、消息队列、共享内存,统称进程间通信(IPC)复杂的技术才能实现。
$serv = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:8080",$errno,$errstr); while(1){ $conn = stream_socket_accept($serv); if(pcntl_fork()==0){//子进程 $content = fread($conn,1024); echo $content; echo PHP_EOL; $str="sdjifdsjfisdjfdsif"; fwrite($conn,$str); fclose($conn); exit(0); } }
多进程/线程模型的流程是
这种模式最大的问题是,进程/线程创建和销毁的开销很大。所以上面的模式没办法应用于非常繁忙的服务器程序。对应的改进版解决了此问题,这就是经典的 Leader-Follower 模型
$serv = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:8080",$errno,$errstr); for($i=0;$i<10;$i++){ if(pcntl_fork() == 0 ){ while(1){ $conn = stream_socket_accept($serv); if($conn == false){ continue; } $content = fread($conn,2048); echo $content; echo PHP_EOL; $str="this is testdata"; fwrite($conn,$str); } exit(0); } }
它的特点是程序启动后就会创建N个进程。每个子进程进入 Accept,等待新的连接进入。当客户端连接到服务器时,其中一个子进程会被唤醒,开始处理客户端请求,并且不再接受新的TCP连接。当此连接关闭时,子进程会释放,重新进入 Accept ,参与处理新的连接。
这个模型的优势是完全可以复用进程,没有额外消耗,性能非常好。很多常见的服务器程序都是基于此模型的,比如 Apache 、PHP-FPM。
多进程模型也有一些缺点。
另外有一些场景多进程模型无法解决,比如即时聊天程序(IM),一台服务器要同时维持上万甚至几十万上百万的连接(经典的C10K问题),多进程模型就力不从心了。
还有一种场景也是多进程模型的软肋。通常Web服务器启动100个进程,如果一个请求消耗100ms,100个进程可以提供1000qps,这样的处理能力还是不错的。但是如果请求内要调用外网Http接口,像QQ、微博登录,耗时会很长,一个请求需要10s。那一个进程1秒只能处理0.1个请求,100个进程只能达到10qps,这样的处理能力就太差了。
有没有一种技术可以在一个进程内处理所有并发IO呢?答案是有,这就是IO复用技术
其实IO复用的历史和多进程一样长,Linux很早就提供了 select 系统调用,可以在一个进程内维持1024个连接。后来又加入了poll系统调用,poll做了一些改进,解决了 1024 限制的问题,可以维持任意数量的连接。但select/poll还有一个问题就是,它需要循环检测连接是否有事件。这样问题就来了,如果服务器有100万个连接,在某一时间只有一个连接向服务器发送了数据,select/poll需要做循环100万次,其中只有1次是命中的,剩下的99万9999次都是无效的,白白浪费了CPU资源。
直到Linux 2.6内核提供了新的epoll系统调用,可以维持无限数量的连接,而且无需轮询,这才真正解决了 C10K 问题。现在各种高并发异步IO的服务器程序都是基于epoll实现的,比如Nginx、Node.js、Erlang、Golang。像 Node.js 这样单进程单线程的程序,都可以维持超过1百万TCP连接,全部归功于epoll技术。
IO复用异步非阻塞程序使用经典的Reactor模型,Reactor顾名思义就是反应堆的意思,它本身不处理任何数据收发。只是可以监视一个socket句柄的事件变化
Reactor有4个核心的操作:
Reactor只是一个事件发生器,实际对socket句柄的操作,如connect/accept、send/recv、close是在callback中完成的。具体编码可参考下面的伪代码
Reactor模型还可以与多进程、多线程结合起来用,既实现异步非阻塞IO,又利用到多核。目前流行的异步服务器程序都是这样的方式:如
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