【转】用 PHP V5 开发多任务应用程序
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原文鏈接（英）：http://www.ibm.com/developerworks/opensource/library/os-php-multitask/?S_TACT=105AGX52&S_CMP=cn-a-os
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內容
- 并發(fā)的種類
- PHP V5 將提供 stream_select()
- 必備的 stream_select() 知識
- 本地 PHP 并發(fā)
- 結束語
- 參考資料
- 關于作者
- 建議
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PHP V5 可能不是線程化的，但是可以創(chuàng)建執(zhí)行進程內多任務處理的應用程序
Cameron Laird, 副總裁, Phaseit Inc.
簡介：?許多 PHP 開發(fā)人員認為，由于標準的 PHP 缺少線程功能，因此實際 PHP 應用程序不可能執(zhí)行多任務處理。例如，如果應用程序需要其他 Web 站點的信息，那么在遠程檢索完成之前它都必須停止。這是錯誤的！通過本文了解如何使用?stream_select?和?stream_socket_client?實現(xiàn)進程內 PHP 多任務處理。
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PHP 不支持線程。盡管如此，與前述大多數(shù) PHP 開發(fā)人員所相信的想法形成對比的是，PHP 應用程序可以?執(zhí)行多任務處理。讓我們開始盡可能清晰地描述一下 “多任務” 和 “線程” 對于 PHP 編程的意義。
并發(fā)的種類
首先拋開幾個和主題無關的例子。PHP 與多任務或并發(fā)的關系十分復雜。在較高層次上，PHP 經(jīng)常涉及多任務：以多任務方式使用?標準的服務器端 PHP 安裝 —— 例如，作為 Apache 模塊。換句話說，若干個客戶機 —— Web 瀏覽器 —— 可以同時請求同一個 PHP 解釋的頁面，而 Web 服務器將差不多同時返回所有這些頁面。
一個 Web 頁面不會妨礙其他 Web 頁面的發(fā)送，盡管可能會由于諸如服務器內存或網(wǎng)絡帶寬之類的受限資源而使它們相互之間略有妨礙。這樣，實現(xiàn)并發(fā)?的系統(tǒng)級需求可能適合使用基于 PHP 的解決方案。就實現(xiàn)而言，PHP 允許它的管理 Web 服務器負責實現(xiàn)并發(fā)。
Ajax 名下的客戶端并發(fā)近幾年來也已成為開發(fā)人員關注的焦點。雖然 Ajax 的含義已經(jīng)變得十分模糊，但是它的一個方面是瀏覽器顯示可以同時執(zhí)行計算和?保留對諸如選擇菜單項之類的用戶操作的響應。這實際上就是某種?多任務。用 PHP 編碼的 Ajax 就是這樣 —— 但是不涉及任何特定的 PHP；用于其他語言的 Ajax 框架均以完全相同的方法操作。
只粗略地涉及 PHP 的第三個并發(fā)實例是 PHP/TK。PHP/TK 是 PHP 的擴展，用于為核心 PHP 提供可移植圖形用戶界面（GUI）綁定。PHP/TK 允許用 PHP 編寫代碼構造桌面 GUI 應用程序。其基于事件的特性將模擬一種易于掌握并且比線程更少出錯的并發(fā)形式。此外，并發(fā)是 “繼承” 自一項輔助技術，而不是 PHP 的基本功能。
向 PHP 本身添加線程支持的試驗已經(jīng)做過多次。據(jù)我所知，沒有一次是成功的。但是，Ajax 框架和 PHP/TK 的面向事件的實現(xiàn)表明事件可能比線程能更好地體現(xiàn) PHP 的并發(fā)。PHP V5 證明事實確實如此。
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PHP V5 將提供?stream_select()
使用標準的 PHP V4 和更低版本，必須按順序執(zhí)行 PHP 應用程序的所有工作。例如，如果程序需要在兩個商業(yè)站點檢索商品的價格，則請求第一個站點的價格，等待至響應到達，再請求第二個站點的價格，然后再次等待。
如果程序請求同時完成若干項任務會怎么樣？總體來看，程序將在一段時間內完成，在這段時間內，將始終進行連續(xù)處理。
第一個示例
新的?stream_select?函數(shù)及它的幾個助手使這成為可能。請考慮以下示例。
清單 1. 同時請求多個 HTTP 頁面
<?phpecho "Program starts at ". date('h:i:s') . ".\n";$timeout=10; $result=array(); $sockets=array(); $convenient_read_block=8192;/* Issue all requests simultaneously; there's no blocking. */$delay=15;$id=0;while ($delay > 0) {$s=stream_socket_client("phaseit.net:80", $errno,$errstr, $timeout,STREAM_CLIENT_ASYNC_CONNECT|STREAM_CLIENT_CONNECT); if ($s) { $sockets[$id++]=$s; $http_message="GET /demonstration/delay?delay=" .$delay . " HTTP/1.0\r\nHost: phaseit.net\r\n\r\n"; fwrite($s, $http_message);} else { echo "Stream " . $id . " failed to open correctly.";} $delay -= 3;} while (count($sockets)) { $read=$sockets; stream_select($read, $w=null, $e=null, $timeout); if (count($read)) {/* stream_select generally shuffles $read, so we need tocompute from which socket(s) we're reading. */foreach ($read as $r) { $id=array_search($r, $sockets); $data=fread($r, $convenient_read_block); /* A socket is readable either because it hasdata to read, OR because it's at EOF. */if (strlen($data) == 0) { echo "Stream " . $id . " closes at " . date('h:i:s') . ".\n";fclose($r); unset($sockets[$id]); } else { $result[$id] .= $data; } } } else { /* A time-out means that *all* streams have failedto receive a response. */echo "Time-out!\n";break;} } ?>如果運行此清單，您將看到如下所示的輸出。
清單 2. 從清單 1 中的程序獲得的典型輸出
Program starts at 02:38:50.Stream 4 closes at 02:38:53.Stream 3 closes at 02:38:56.Stream 2 closes at 02:38:59.Stream 1 closes at 02:39:02.Stream 0 closes at 02:39:05.了解這其中的工作原理至關重要。在較高層次上，第一個程序將發(fā)出幾個 HTTP 請求并接收 Web 服務器發(fā)送給它的頁面。雖然生產(chǎn)應用程序將很可能尋找若干個 Web 服務器的地址 —— 可能是 google.com、yahoo.com、ask.com 等 —— 但是此示例將把它的所有請求發(fā)送到位于 Phaseit.net 的企業(yè)服務器上，只為降低復雜度。
Web 頁面請求在延遲（可變）后返回結果，如下所示。如果程序按順序發(fā)出請求，則需花費大約 15+12+9+6+3 (45) 秒鐘才能完成。如清單 2 所示，它實際上花費 15 秒鐘完成。性能提高了三倍。
使這成為可能的是 PHP V5 的新?stream_select?函數(shù)。請求都是以常規(guī)方法發(fā)起，方法為打開幾個?stream_socket_client?并向對應于http://phaseit.net/demonstration/delay?delay=$DELAY?的每個?stream_socket_client?寫入?GET。如果您通過瀏覽器請求此 URL，則在幾秒鐘之后，您將看到：
Starting at Thu Apr 12 15:05:01 UTC 2007. Stopping at Thu Apr 12 15:05:05 UTC 2007. 4 second delay.延遲服務器將作為 CGI 實現(xiàn)，如下所示：
清單 3. 延遲服務器實現(xiàn)
#!/bin/shecho "Content-type: text/html<HTML> <HEAD></HEAD> <BODY>"echo "Starting at `date`."RR=`echo $REQUEST_URI | sed -e 's/.*?//'`DELAY=`echo $RR | sed -e 's/delay=//'`sleep $DELAYecho "<br>Stopping at `date`."echo "<br>$DELAY second delay.</body></html>"雖然清單 3 的特殊實現(xiàn)特定于 UNIX?，但是本文中幾乎所有實現(xiàn)都將很好地應用于 Windows?（尤其是 Windows 98 以后的版本）或 PHP 的 UNIX 安裝。特別地，清單 1 可以托管在任意一個操作系統(tǒng)中。因此，Linux? 和 Mac OS X 都是 UNIX 變體，因此這里所有的代碼都可以在兩者的任意一種中運行。
按照以下順序向延遲服務器發(fā)出請求。
清單 4. 進程啟動順序
delay=15delay=12delay= 9delay= 6delay= 3stream_select?的作用是盡可能快速地接收結果。在這種情況下，它執(zhí)行的順序與發(fā)出結果的順序剛好相反。3 秒后，第一個頁面已經(jīng)準備好讀取。程序的這一部分也符合常規(guī) PHP —— 在本例中，使用?fread。就像在其他 PHP 程序一樣，讀取可以很好地通過?fgets?完成。
處理將以同樣的方法繼續(xù)。程序將在?stream_select?停止，直至數(shù)據(jù)就緒。重要的一點是，只要任何?連接具有數(shù)據(jù)，不管順序怎樣，程序都將開始讀取。這是程序進行多任務處理或并發(fā)處理來自多個請求的結果的方法。
注意，這沒有對主機 CPU 造成任何負擔。經(jīng)常會遇到這樣一些連網(wǎng)程序，以 CPU 使用率急速上升至 100% 的方式在?while?中使用?fread。那種情況不會出現(xiàn)在這里，因為?stream_select?擁有支持立即響應所需的屬性（只要有任何讀取信息），但是它將在各讀取操作間隙的等待時間內產(chǎn)生可忽略的 CPU 負載。
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必備的?stream_select()?知識
諸如此類的基于事件的編程并不是最基本的。雖然清單 1 被簡化到只包含最基本要素，但是涉及作為多任務應用程序必要元素的回調或協(xié)調的任何編碼，比簡單的程序順序更讓人覺得陌生。在這種情況下，大多數(shù)挑戰(zhàn)集中在?$read?數(shù)組上。注意，它是一個引用；stream_select?將通過改變?$read?的內容返回重要信息。就像指針是 C 的最大絆腳石一樣，引用似乎是 PHP 中最讓程序員感到棘手的一部分。
您可以使用這項技術向任意個外部 Web 站點發(fā)出請求，確信您的程序會盡快收到所有結果，而無需等待其他請求。實際上，該技術將正確處理所有 TCP/IP 連接，而不只是 Web 端口 80 上的連接，因此您可以大體上管理 LDAP 檢索、SMTP 傳輸、SOAP 請求等。
但那不是全部。PHP V5 將管理 “流” 之類的各種連接，而不僅是簡單的套接字。PHP 的 Client URL library (CURL) 支持 HTTPS 證書、FTP 上傳、cookie 等。（CURL 允許 PHP 應用程序使用各種協(xié)議連接至服務器）。由于 CURL 將提供流接口，因此從程序的角度來看，連接是透明的。下一個部分將展示?stream_select如何多路傳輸本地計算。
對于?stream_select?還有幾點需要注意。它還在進行文檔整理，因為即使最新的 PHP 書籍都沒有涉列它。可在 Web 上獲得的幾個代碼示例完全不能工作或者讓人產(chǎn)生混淆。stream_select?的第二個和第三個參數(shù)用于管理與清單 1 的?read?通道相對應的?write?和?exception?通道，應當始終為 null。除了少數(shù)例外情況，在可寫通道或異常通道中選擇這兩個參數(shù)是錯誤的。除非您有經(jīng)驗，否則請堅持可讀選擇。
此外，至少在 PHP V5.1.2 之前，stream_select?還明顯存在錯誤。最重要的是，不能信任函數(shù)的返回值。雖然我尚未調試過實現(xiàn)，但是經(jīng)驗告訴我，可以安全地測試清單 1 中的?count($read)，但是測試?stream_select?本身的返回值并不?安全（盡管有官方文檔）。
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本地 PHP 并發(fā)
示例及上面的大部分討論主要討論了如何同時管理若干個遠程資源并接收到達的結果，而不是按照最初請求的順序等待處理各個請求。這肯定是 PHP 并發(fā)的重要應用。實際應用程序的速度有時候可以提高 10 倍或更多。
如果出現(xiàn)性能衰退怎么辦？有沒有一種方法可以提升受限于本地處理的 PHP 結果的速度？方法有多種。要說有什么不同的話，這些方法不如清單 1 中的面向套接字的方法有名。造成這種情況的原因有很多，包括：
- 大多數(shù) PHP 頁面已經(jīng)足夠快 —— 更好的性能會是一種優(yōu)勢，但是還不值得對新代碼進行投入。
- 在 Web 頁面中使用 PHP 可以放棄部分無關緊要的性能提升 —— 當惟一的價值標準是交付整個 Web 頁面需要的時間時，那么重新安排計算以更快地獲得中間結果并不重要。
- PHP 不能控制本地瓶頸 —— 用戶可能會為花 8 秒的時間提取帳戶記錄的詳細信息而抱怨，但是那很可能是數(shù)據(jù)庫處理或某種其他 PHP 外部資源的約束。即使將 PHP 處理降至零，單是查找就仍需要花費超過 7 秒的時間。
- 甚至很少有約束是并行的 —— 假定某特定頁面將為具體列出的普通股計算建議交易價格，并且計算十分復雜，需要花費一段時間。計算在本質上可能是順序執(zhí)行的。沒有一種明顯的方法可以將其劃分為 “團隊協(xié)作”。
- 很少有 PHP 程序員能夠認識到 PHP 實現(xiàn)并發(fā)的潛力。在具有使用并行實現(xiàn)性能需求的少數(shù)人當中，我遇到的大多數(shù)人全都說 PHP “不支持線程”，并且甘于使用現(xiàn)有的計算模型。
可是，有時我們可以做得更好。假定 PHP 頁面需要計算兩只股票價格，可能還需要將兩者相比較，并且底層主機剛好是多處理器。在這種情況下，通過將兩個截然不同并且十分耗時的計算分配給不同處理器，可能會提高幾乎兩倍的性能。
在所有 PHP 計算領域中，此類實例很少見。但是，由于我發(fā)現(xiàn)到處都沒有對它的精確記錄，因此需要在這里包括用于此類加速的模型。
清單 5. 延遲服務器實現(xiàn)
<?phpecho "Program starts at ". date('h:i:s') . ".\n";$timeout=10; $streams=array();$handles=array();/* First launch a program with a delay of three seconds, thenone which returns after only one second. */$delay=3;for ($id=0; $id <= 1; $id++) {$error_log="/tmp/error" . $id . ".txt"$descriptorspec=array(0 => array("pipe", "r"),1 => array("pipe", "w"),2 => array("file", $error_log, "w"));$cmd='sleep ' . $delay . '; echo "Finished with delay of ' .$delay . '".';$handles[$id]=proc_open($cmd, $descriptorspec, $pipes);$streams[$id]=$pipes[1];$all_pipes[$id]=$pipes;$delay -= 2;}while (count($streams)) { $read=$streams; stream_select($read, $w=null, $e=null, $timeout); foreach ($read as $r) { $id=array_search($r, $strea**ms); echo stream_get_contents($all_pipes[$id][1]);if (feof($r)) {fclose($all_pipes[$id][0]);fclose($all_pipes[$id][1]);$return_value=proc_close($handles[$id]);unset($streams[$id]); }} } ?>此程序將生成如下輸出：
Program starts at 10:28:41.Finished with delay of 1.Finished with delay of 3.這里的關鍵在于 PHP 啟動了兩個獨立子進程，取回待完成的第一個進程的輸出，然后取回第二個進程的輸出，即使后者啟動得較早。如果主機是多處理器計算機，并且操作系統(tǒng)已正確配置，則操作系統(tǒng)本身負責將各個子程序分配給不同的處理器。這是在多處理器主機中良好應用 PHP 的一種方法。
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結束語
PHP 支持多任務。PHP 不按照諸如 Java? 編程語言或 C++ 等其他語言所采用的方法支持線程，但是以上示例表明 PHP 具有更多的超乎想象的加速潛力。
參考資料
學習
- 您可以參閱本文在 developerWorks 全球站點上的?英文原文。
- “A PHP V5 遷移指南” 介紹了所有 PHP 程序員都應當知道的主要的最新發(fā)行版。
- PHP 部分支持 “Process Control Functions”，PHP V4 的早期功能，是實現(xiàn)并發(fā)程序的首選方法。
- 使用 PHP V5，?stream_select?及相關函數(shù)代替 PCNTL，實現(xiàn)本文所述的并發(fā)處理。
- curl_multi_select?是 PHP V5 的未經(jīng)文檔整理的入口點，支持本文展示的同種樣式的?select?編程并提供完整 CURL 功能。
- 查看著名計算機學家?John Ousterhout?在 1996 年關于?Why Threads Are A Bad Idea (for most purposes)?的特邀演講。
- Wez Furlong?實現(xiàn)了本文中使用的大部分 PHP 流。
- “PHP/TK 是 PHP 編程語言的原生擴展，極大地簡化了編寫客戶端跨平臺 GUI 應用程序”，引自?PHP/TK Web 站點。
- 這是得到最佳維護的?適用于 PHP 的 Ajax 框架列表。
- PHP.net?是 PHP 開發(fā)者的主要資源。
- 查閱 “PHP 推薦讀物列表”。
- 瀏覽 developerWorks 上的全部?PHP 文章和PHP 教程。
- 查閱 IBM developerWorks 的?PHP 項目資源?擴展 PHP 技巧。
- 收聽針對軟件開發(fā)人員的有趣訪談和討論，一定要訪問?developerWorks podcast。
- 隨時關注 developerWorks?技術事件和網(wǎng)絡廣播。
- 要將數(shù)據(jù)庫與 PHP 結合使用？查看?Zend Core for IBM，它是支持 IBM DB2 9 的無縫、即用且易于安裝的 PHP 開發(fā)和生產(chǎn)環(huán)境。
- 查閱最近將在全球舉辦的面向 IBM 開放源碼開發(fā)人員的研討會、商業(yè)展覽、網(wǎng)絡廣播和其他?活動。
- 訪問 developerWorks?開放源碼專區(qū)，獲得豐富的 how-to 信息、工具和項目更新，幫助您用開放源碼技術進行開發(fā)，并與 IBM 產(chǎn)品結合使用。
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關于作者
Cameron Laird 是 developerWorks 長期投稿者和前專欄作家。他經(jīng)常編寫關于促進其公司應用程序開發(fā)的開源項目的文章，主要關注可靠性和安全性。
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