PHP异步编程简述

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概述

异步编程,我们从字面上理解,可以理解为代码非同步执行的。异步编程可以归结为四种模式:回调、事件监听、发布/订阅、promise模式。我们最熟悉的两种模式是回调和事件监听,举两个最简单的javascript例子,一个ajax,一个点击事件的绑定:

$.getJSON("uri", params, function(result) {
    do_something_with_data(result);
});
$("#id").click(function(){
    do_something_when_user_click_id();
});

以上两个示例有一个共同的特点,就是把函数当做参数传递给另一个函数。被传递的函数可以被称作为闭包,闭包的执行取决于父函数何时调用它。

优势与劣势

异步编程具有以下优势:

  • 解耦,你可以通过事件绑定,将复杂的业务逻辑分拆为多个事件处理逻辑
  • 并发,结合非阻塞的IO,可以在单个进程(或线程)内实现对IO的并发访问;例如请求多个URL,读写多个文件等
  • 效率,在没有事件机制的场景中,我们往往需要使用轮询的方式判断一个事件是否产生

异步编程的劣势:

异步编程的劣势其实很明显——回调嵌套。相信一部分人在写ajax的时候遇到过这样的场景:

$.getJSON("uri", params, function(result_1) {
    $.getJSON("uri", result_1, function(result_2) {
        $.getJSON("uri", result_2, function(result_3) {
            do_something_with_data(result_3);
        });
    });;
});

这样的写法往往是因为数据的依赖问题,第二次ajax请求依赖于第一次请求的返回结果,第三次ajax依赖于第二次。这样就造成深层次的回调嵌套,代码的可读性急剧下降。虽然有一些框架能够通过一些模式解决这样的问题,然并卵,代码的可读性相比同步的写法依然差很多。

异步编程的另一个劣势就是编写和调试的过程更加复杂,有时候你不知道什么时候你的函数才会被调用,以及他们被调用的顺序。而我们更习惯同步串行的编程方式。

然而,我相信一旦你开始使用异步编程,你一定会喜欢上这种方式,因为他能够带给你更多的便利。

PHP异步编程概述

在php语言中,异步的使用并不像javascript中那么多,归其原因主要是php一般是在web环境下工作,接收请求->读取数据->生成页面,这看起来天生就是一个串行的过程;所以,在php中,异步并没有广泛使用。

在javascript中的4中异步编程模式,均可以在php中实现。

回调:

array_walk($arr, function($key, $value){
    $value += 1;
});
print_r($arr);

回调的方式,在大多情况下,代码仍然是顺序执行的(array_walk->print_r的顺序)。回调函数的意义在于被传递者可以调用回调函数对数据进行处理,这样的好处在于提供更好的扩展性和解耦。我们可以把这个回调函数理解为一个格式化器,处理相同的数据,当我传递一个json过滤器时,返回的结果可能是一个json压缩过的字符串,当我传递的是一个xml过滤器时,返回的结果可能是一个xml字符串(有点多态的思想)。

事件监听(定时器,时间事件):

$loop = React\EventLoop\Factory::create();
$loop->addPeriodicTimer(5, function () {
    $memory = memory_get_usage() / 1024;
    $formatted = number_format($memory, 3).'K';
    echo "Current memory usage: {$formatted}\n";
});

$loop->run();

事件监听在PHP中用的并不多,但并不是没有,例如pcntl_signal()监听操作系统信号,以及其他IO事件的监听等等。上面的示例是一个事件事件的侦听,每隔5s中,会执行一次回调函数。

在四种异步模式中,事件监听的应用是更有意义的。然我们看一个同步的例子,下面这段代码用于向百度和google(一个不存在的网站)发起请求,同步的编写写法是先去请求百度或者google,等待请求结束后再请求另一个:

$http = new HTTP();
echo $http->get('http://www.baidu.com');
echo $http->get('http://www.google.com');

基于事件的处理方式可以是这样的:

$http = new HTTP();
$http->get('www.baidu.com');
$http->get('www.huyanping.cn');
$http->on('response', function($response){
    echo $response . PHP_EOL;
});
$http->run();

异步的写法允许我们同时处理多个事务,谁先完成,就先去处理谁。一个简单的异步http客户端见:async-http-php

PHP有很多扩展和包提供了这方面的支持:

ext-libevent libevent扩展,基于libevent库,支持异步IO和时间事件

ext-event event扩展,支持异步IO和时间事件

ext-libev libev扩展,基于libev库,支持异步IO和时间事件

ext-eio eio扩展,基于eio库,支持磁盘异步操作

ext-swoole swoole扩展,支持异步IO和时间,方便编写异步socket服务器,推荐使用

package-react react包,提供了全面的异步编程方式,包括IO、时间事件、磁盘IO等等

package-workerman workerman包,类似swoole,php编写

发布/订阅:

$lookup = new nsqphp\Lookup\Nsqlookupd;
$nsq = new nsqphp\nsqphp($lookup);
$nsq->subscribe('mytopic', 'somechannel', function($msg) {
    echo $msg->getId() . "\n";
})->run();

promise:

function getJsonResult()
{
    return queryApi()
    ->then(
        // Transform API results to an object
        function ($jsonResultString) {
            return json_decode($jsonResultString);
        },
        // Transform API errors to an exception
        function ($jsonErrorString) {
            $object = json_decode($jsonErrorString);
            throw new ApiErrorException($object->errorMessage);
        }
    );
}

// Here we provide no rejection handler. If the promise returned has been
// rejected, the ApiErrorException will be thrown
getJsonResult()
->done(
    // Consume transformed object
    function ($jsonResultObject) {
        // Do something with $jsonResultObject
    }
);

promise模式的意义在于解耦,就在刚刚我们提到的异步回调嵌套的问题,可以通过promise解决。其原理是在每一次传递回调函数的过程中,你都会拿到一个promie对象,而这个对象有一个then方法,then方法仍然可以返回一个promise对象,通过传递promise对象可以实现把多层嵌套分离出来。具体的代码需要去研究一下源码才可以,有点难懂,PHP的promise推荐阅读:promise

异步的实现原理

异步的实现大多情况下少不了循环监听事件,例如我们上面看到$loop->run(),这里其实是一个死循环,监听到事件则调用相应的处理函数。如果你对pcntl熟悉,你一定知道declare(tick=1),其实它也是一种循环,含义是每执行tick行代码,则检查一次是否有尚未处理的信号。虽然会有一个阻塞的死循环(大多数情况下,declare属于特殊情况),但我们可以对多个事件进行监听处理,同时可以在某一个事件处理的过程中停止循环,这样就可以实现并发异步的IO访问,甚至更多。

一段伪代码如下:

$async = new Async();
$async->on('request', function($requset){
    do_something_with($request);
});

// 这里其实就是$loop->run()的核心代码
while(true){
    $async->hasRequest() ? $async->callRequestCallback() : null;
    sleep(1);
}

总结

整片文章其实并不够详细,充其量算是一篇介绍性的文章,算是我在异步编程方面的一次总结。异步编程的学习并不像学习一门语言或者设计模式那样简单,它要求我们改变传统的编程方式。而异步IO对于学习者要求也略高,首先你必须熟悉同步的IO操作,甚至你需要了解一些协议解析的内容。

希望上面的内容对于初学者有一些帮助。文中若有错误的地方,还望指正。

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