浅谈swoole的作用与原理

湛蓝之海

异步Node系统可以在不同协议间共享代码库，并在代码之外提供服务。实际上PHP中也有类似于Node的存在，并被列入了PHP拓展，叫做Swoole。本文将带领读者介绍其原理和如何使用。                                                                           
PHP 中的 Node ？Swoole 到底是什么？
我先从官方文档中引用下 Swoole 的定义：
Swoole：面向生产环境的 PHP 异步网络通信引擎。
使 PHP 开发人员可以编写高性能、可拓展的异步并发 TCP、UDP、Unix Socket、HTTP，WebSocket 服务，而无需深入了解非阻塞 I/O 编程和初级 Linux 内核。
Swoole 使用 C 语言编写，作为 PHP 的基本扩展存在。听起来可还行，是吧？用 PHP 来运行 HTTP 服务？用 PHP 实现 Websockets ？还有其他的可能性，是不是很风骚？而且所有的这些都会保持极高的性能，我们来看看吧！

如何让它运行？
不同平台的安装方法有差异。
对于 Linux 来说，只需要运行一条 PECL 命令：

pecl install swoole

MacOS 用户可以使用 brew 命令：

brew install swoole
brew install homebrew/php/php72-swoole

译者注：截止翻译时，Brew 官方已经移除了所有 PHP 扩展，请使用 PECL 安装。
暂时不支持在 Windows 上的安装，但是可以使用 Docker 的方式。

使用 Docker 运行 Swoole
毫无疑问，运行 PHP + Swoole 的最佳方案便是 Docker。让我们来看看如何创建一个包含 Swoole 的容器。首先，我们需要创建一个 Dockerfile。

FROM php:latest\
RUN pecl install swoole\
ADD php.ini /usr/local/etc/php\
RUN usermod -u 1000 www-data

这看起来十分直接。基于 PHP 官方 Docker 镜像，使用 PECL 安装 Swoole，接着复制 php.ini 到镜像内 —— 搞定。最后一行是 MacOS 的 Docker 一个常规的权限修复命令。
至于被复制的 php.ini 配置文件，它只需一行：

extension=swoole.so

Swoole 可以做什么？
Swoole 有许多功能，大部分是异步执行。以下是其中最让人感兴趣的部分（其他的可以在 Swoole官方文档中找到）：

   

• TCP/UDP 服务端与客户端，   
  
• HTTP 服务端与客户端，   
  
• Websocket 服务端与客户端，   
  
• 基于 Redis 协议的服务端与客户端，   
  
• MySQL 客户端，   
  
• 原子性，   
  
• 文件系统。
  

我们来看下其中的 HTTP 服务、Websocket 服务、文件系统怎么使用。在我看来这是最重要的几个功能。

基于 Swoole 实现 HTTP 服务
基于 Swoole 仅需少量代码即可实现一个简易的异步 HTTP 服务。以下是一份示例代码，该例子使用异步文件系统来读取index.html文件并作为响应返回给它处理的每条请求。

<?php
chdir(__DIR__);
$http = new swoole_http_server('php', 8080);
$http->on('start', function ($server) {
  echo "Server has been started!\n";
});
$http->on('request', function ($request, $response) {
  swoole_async_readfile('index.html', function($filename, $content) use ($response) {
    $response->header('Content-Type', 'text/html');
    $response->end($content);
  });
});
$http->start();

如你所见，这段代码看起来有点像 Node.js 的风格。
首先，我们创建一个类似 HTTP 服务的swoole_http_server对象。接着，绑定两个异步回调函数到以下事件：一个用于启动，将会在服务启动时被调用；另一个用于请求，将会在收到每次请求时被调用，它带有$request和$response两个参数。
$request对象包含了所有与请求相关的数据：请求路径（Path）、头信息（Headers）等等。而$response被用来提供输出、设置响应头等。值得一提的是，以上两个对象都不符合 PSR 标准，而是 Swoole 自定义的。
在请求事件中，异步请求文件系统用于从文件加载数据。 一旦数据可用，就会在数据加载完成后触发回调。然后将此数据加载到响应体并关闭比此次响应。 这将会把数据有效地发送回浏览器。
这样看起来很简洁，最重要的是 --- 能运行起来。 来看下它的性能如何呢？

HTTP Server 标准
为了使用 Swoole 测试 HTTP 服务器的性能，我在 Node 中创建了一个应用程序 --- 它可以与 Swoole 中的应用程序完全相同 - 还有一个 服务器，它将提供 index.html 作为静态文件。 全部运行在 3 个独立的容器中。
然后，我用 wrk 工具给这些容器进行压力测试。 结果令人震惊。

Swoole 的工作性能要比预期的好很多！
这令人惊讶。 我没想到 Swoole 会超越 Nginx ，但它确实做到了！这也远远超过了 Node 。 这个扩展的原始功能确实令人印象深刻，但它在请求中完成了更多工作后逐渐消失。 不幸的是， Swoole 有两个小缺点，使这些缺点和原始标准有些偏差。 我们稍后会找到他们。

在 Websocket 服务中使用 Swoole
如前所述， Swoole 提供了一种创建 websocket 服务器的方法。 它以异步方式来进行工作，遵循与 HTTP 协议并和 Swoole 部分方法功能相同。 在我看来，它是最重要的 Swoole 组件之一。 来吧，在 PHP 运行中的 websockets 会是怎么样。让我们看看它的结果。

<?php
$server = new swoole_websocket_server('php', 9501);
$server->on('start', function (swoole_websocket_server $server) {
  echo "Server has been started!\n";
});
$server->on('open', function (swoole_websocket_server $server, $request) {
  echo "websocket: new connection, id: {$request->fd}\n";
});
$server->on('message', function (swoole_websocket_server $server, $frame) {
  echo "websocket: {$frame->fd}:{$frame->data},opcode:{$frame->opcode},fin:{$frame->finish}\n";
  $server->push($frame->fd, "Replying, you sent " . $frame->data);
});
$server->on('close', function (swoole_websocket_server $server, $fd) {
  echo "websocket: connection with id {$fd} has been closed\n";
});
$server->start();

看起来类似于 HTTP 服务器的示例。
首先，我们创建类似于 websocket 服务器的 swoole_websocket_server 对象。 然后，我们将 4 个匿名函数绑定到 4 个事件。 第一个启动事件，它将像 HTTP 服务器的启动事件一样工作。 第二个运行事件，它会在连接另一个 websocket 后执行。 第三个消息事件将在 websocket 向服务器发送消息时执行。最后 --- 关闭时间会在 websocket 断开连接时执行。
ID 是作为 Websocket 连接到服务器的唯一标识，该 ID 随每个新的 websockets 进行递增。

使用 Swoole 时遇到的问题
到目前为止，这一切都运行良好，但在使用 Swoole 测试某些解决方案时遇到了两个问题。 我将它列出来：

   

• HTTP 服务器中没有真正的支持 HTTPS，   
  
• 脚本中不支持全局变量。
  

第一问题个很容易解决。 我们只需要使用 Nginx 或任何负载均衡设备设置反向代理，就完成了。 但通过这样做，我们就失去了 Swoole 提供的极端性能。
第二个问题更棘手。 Swoole 生成用于处理 HTTP 请求的工作进程，这意味着如果我们创建一个全局变量，它的值在线程之间是独立的，并且它不能工作。下面这段代码是显示问题所在之处。

<?php
$server = new swoole_websocket_server('php', 9501);
$server->on('start', function (swoole_websocket_server $server) {
  echo "Server has been started!\n";
});
$server->on('open', function (swoole_websocket_server $server, $request) {
  echo "websocket: new connection, id: {$request->fd}\n";
});
$server->on('message', function (swoole_websocket_server $server, $frame) {
  echo "websocket: {$frame->fd}:{$frame->data},opcode:{$frame->opcode},fin:{$frame->finish}\n";
  $server->push($frame->fd, "Replying, you sent " . $frame->data);
});
$server->on('close', function (swoole_websocket_server $server, $fd) {
  echo "websocket: connection with id {$fd} has been closed\n";
});
$server->start();

预期中响应的信息将返回 0 ，然后返回 1, 2 , 3 等等，但它总是返回 0 。
我找到了 Swoole 的作者来检查它是否是一个 bug ，但事实并非如此。 为了获得我们期望的行为，我们可以在配置中设置 worker_num = 1 ，但这会降低部分性能。

结论
总的来说，Swoole 有明亮的侧面也有黑暗的角落。我认为将异步编程引入 PHP 仍然是一个好主意。 它可用于各种情况，包括快速设计原型，简洁且责任单一的微服务，低延迟游戏服务器以及作为大型框架的后端服务器。 确实有前途。
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