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Swoole的底层架构和实现原理

2022-3-7 05:40| 发布者: admin| 查看: 243| 评论: 0|原作者: 架构师学习路线

摘要: SUMMERSwoole的底层架构首先我们来看下Swoole的底层架构:通过上图我们可以看到,Swoole主要包含以下组件:Master:整个...

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SUMMER

Swoole 的底层架构

首先我们来看下 Swoole 的底层架构：

通过上图我们可以看到，Swoole 主要包含以下组件：

Master：整个应用的 root 进程

当我们运行启动 Swoole 的 PHP 脚本时，首先会创建该进程，然后由该进程 fork 出 Reactor 线程和 Manager 进程。

Reactor：包含在 Master 进程中的多线程程序

Reactor 是用来处理 TCP 连接和数据收发（异步非阻塞方式）的程序。Reactor 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，并由这个线程负责监听此 socket。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。

Manager：负责 fork 并维护多个 Worker 子进程

当有 Worker 子进程中止时，Manager 负责回收并创建新的 Worker 子进程，以便保持 Worker 进程总数不变；当服务器关闭时，Manager 将发送信号给所有 Worker 子进程，通知其关闭服务。

Worker：编写业务代码时真正要关心的部分

以多进程方式运行，每个子进程负责接受由 Reactor 线程投递的请求数据包，并执行 PHP 回调函数处理数据，然后生成响应数据并发给 Reactor 线程，由 Reactor 线程发送给 TCP 客户端。所有请求的处理逻辑都是在 Worker 子进程中完成。

Task Worker：

功能和 Worker 进程类似，同样以多进程方式运行，但仅用于任务分发，当 Worker 进程将任务异步分发到任务队列时，Task Worker 负责从队列中消费这些任务（同步阻塞方式处理），处理完成后将结果返回给 Worker 进程。

Swoole 官方对 Reactor、Worker、Task Worker有一个形象的比喻，如果把基于 Swoole 的 Web 服务器比作一个工厂，那么 Reactor 就是这个工厂的销售员，Worker 是负责生产的工人，销售员负责接订单，然后交给工人生产，而 Task Worker 可以理解为行政人员，负责提工人处理生产以外的杂事，比如订盒饭、收快递，让工人可以安心生产。

底层实现原理

我们以 MySQL 连接查询为例，对 Swoole 协程底层实现做一个简单的介绍：

$server = new Swoole\Http\Server('127.0.0.1', 9501, SWOOLE_BASE);
#1$server->on('Request', function($request, $response) {    $mysql = new Swoole\Coroutine\MySQL();    #2    $res = $mysql->connect([        'host' => '127.0.0.1',        'user' => 'root',        'password' => 'root',        'database' => 'test',    ]);    #3    if ($res == false) {        $response->end("MySQL connect fail!");        return;    }    $ret = $mysql->query('show tables', 2);    $response->end("swoole response is ok, result=".var_export($ret, true));});
$server->start();

在这段代码中，我们启动一个基于 Swoole 实现的 HTTP 服务器监听客户端请求，如果有 onRequest 事件发生，则通过基于 Swoole 协程实现的异步 MySQL 客户端组件对 MySQL 服务器发起连接请求，并执行查询操作，然后将结果以响应方式返回给 HTTP 客户端，下面我们来看一下协程在这段代码中的应用：

调用 Swoole\Http\Server 的 onRequest 事件回调函数时，底层会调用 C 函数 coro_create创建一个协程（#1位置），同时保存这个时间点的 CPU 寄存器状态和 ZendVM 堆栈信息；
调用 mysql->connect 时会发生 IO 操作，底层会调用 C 函数 coro_save 保存当前协程的状态，包括 ZendVM 上下文以及协程描述信息，并调用 coro_yield 让出程序控制权，当前的请求会挂起（#2位置）；
协程让出程序控制权后，会继续进入 HTTP 服务器的事件循环处理其他事件，这时 Swoole 可以继续去处理其他客户端发来的请求；
当数据库 IO 事件完成后，MySQL 连接成功或失败，底层调用 C 函数 coro_resume 恢复对应的协程，恢复 ZendVM 上下文，继续向下执行 PHP 代码（#3位置）；
mysql->query 的执行过程与 mysql->connect 一样，也会触发 IO 事件并进行一次协程切换调度；
所有操作完成后，调用 end 方法返回结果，并销毁此协程。

上面这段代码我们借助了 Swoole 实现的协程 MySQL 客户端（Swoole 还提供了很多其他协程客户端，如 Redis、HTTP等，后面我们会详细介绍），所有的编码和之前编写同步代码时并没有任何不同，但是 Swoole 底层会在 IO 事件发生时，保存当前状态，将程序控制权交出，以便 CPU 处理其它事件，当 IO 事件完成时恢复并继续执行后续逻辑，从而实现异步 IO 的功能，这正是协程的强大之处，它可以让服务器同时可以处理更多请求，而不会阻塞在这里等待 IO 事件处理完成，从而极大提高系统的并发性。

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