php說簡單，但是要精通也不是一件簡單的事。我們除了會使用之外，還得知道它底層的工作原理。
php是一種适用于web開發的動态語言。具體點說，就是一個用c語言實作包含大量元件的軟體架構。更狹義點看，可以把它認為是一個強大的ui架構。
了解php底層實作的目的是什麼?動态語言要像用好首先得了解它，記憶體管理、架構模型值得我們借鑒，通過擴充開發實作更多更強大的功能，優化我們程式的性能。
1.php的設計理念及特點
多程序模型：由于php是多程序模型，不同請求間互不幹涉，這樣保證了一個請求挂掉不會對全盤服務造成影響，當然，随着時代發展，php也早已支援多線程模型。
弱類型語言：和c/c++、java、c#等語言不同，php是一門弱類型語言。一個變量的類型并不是一開始就确定不變，運作中才會确定并可能發生隐式或顯式的類型轉換，這種機制的靈活性在web開發中非常友善、高效，具體會在後面php變量中詳述。
引擎(zend)+元件(ext)的模式降低内部耦合。
中間層(sapi)隔絕web server和php。
文法簡單靈活，沒有太多規範。缺點導緻風格混雜，但再差的程式員也不會寫出太離譜危害全局的程式。
2.php的四層體系php的核心架構如下圖：
從圖上可以看出，php從下到上是一個4層體系：
zend引擎：zend整體用純c實作，是php的核心部分，它将php代碼翻譯(詞法、文法解析等一系列編譯過程)為可執行opcode的處理并實作相應的處理方法、實作了基本的資料結構(如hashtable、oo)、記憶體配置設定及管理、提供了相應的api方法供外部調用，是一切的核心，所有的外圍功能均圍繞zend實作。
extensions：圍繞着zend引擎，extensions通過元件式的方式提供各種基礎服務，我們常見的各種内置函數(如array系列)、标準庫等都是通過extension來實作，使用者也可以根據需要實作自己的extension以達到功能擴充、性能優化等目的(如貼吧正在使用的php中間層、富文本解析就是extension的典型應用)。
sapi：sapi全稱是server application programming
interface，也就是服務端應用程式設計接口，sapi通過一系列鈎子函數，使得php可以和外圍互動資料，這是php非常優雅和成功的一個設計，通過sapi成功的将php本身和上層應用解耦隔離，php可以不再考慮如何針對不同應用進行相容，而應用本身也可以針對自己的特點實作不同的處理方式。
上層應用：這就是我們平時編寫的php程式，通過不同的sapi方式得到各種各樣的應用模式，如通過webserver實作web應用、在指令行下以腳本方式運作等等。
如果php是一輛車，那麼車的架構就是php本身，zend是車的引擎(發動機)，ext下面的各種元件就是車的輪子，sapi可以看做是公路，車可以跑在不同類型的公路上，而一次php程式的執行就是汽車跑在公路上。是以，我們需要：性能優異的引擎+合适的車輪+正确的跑道。
3.sapi
如前所述，sapi通過通過一系列的接口，使得外部應用可以和php交換資料并可以根據不同應用特點實作特定的處理方法。
我們常見的一些sapi有：
apache2handler：這是以apache作為webserver，采用mod_php模式運作時候的處理方式，也是現在應用最廣泛的一種。
cgi：這是webserver和php直接的另一種互動方式，也就是大名鼎鼎的fastcgi協定，在最近今年fastcgi+php得到越來越多的應用，也是異步webserver所唯一支援的方式。
cli：指令行調用的應用模式。
4.php的執行流程&opcode我們先來看看php代碼的執行所經過的流程。
從圖上可以看到，php實作了一個典型的動态語言執行過程：拿到一段代碼後，經過詞法解析、文法解析等階段後，源程式會被翻譯成一個個指令(opcodes)，然後zend虛拟機順次執行這些指令完成操作。php本身是用c實作的，是以最終調用的也都是c的函數，實際上，我們可以把php看做是一個c開發的軟體。
php的執行的核心是翻譯出來的一條一條指令，也即opcode。
opcode是php程式執行的最基本機關。一個opcode由兩個參數(op1,op2)、傳回值和處理函數組成。php程式最終被翻譯為一組opcode處理函數的順序執行。
常見的幾個處理函數：
zend_assign_spec_cv_cv_handler : 變量配置設定 （$a=$b）
zend_do_fcall_by_name_spec_handler：函數調用
zend_concat_spec_cv_cv_handler：字元串拼接 $a.$b
zend_add_spec_cv_const_handler: 加法運算 $a+2
zend_is_equal_spec_cv_const：判斷相等 $a==1
zend_is_identical_spec_cv_const：判斷相等 $a===1
5. hashtable — 核心資料結構
hashtable是zend的核心資料結構，在php裡面幾乎并用來實作所有常見功能，我們知道的php數組即是其典型應用，此外，在zend内部，如函數符号表、全局變量等也都是基于hash table來實作。
php的hash table具有如下特點：
支援典型的key->value查詢
可以當做數組使用
添加、删除節點是o(1)複雜度
key支援混合類型：同時存在關聯數組合索引數組
value支援混合類型：array (“string”,2332)
支援線性周遊：如foreach
zend hash table實作了典型的hash表散列結構，同時通過附加一個雙向連結清單，提供了正向、反向周遊數組的功能。其結構如下圖：
可以看到，在hash table中既有key->value形式的散列結構，也有雙向連結清單模式，使得它能夠非常友善的支援快速查找和線性周遊。
散列結構：zend的散列結構是典型的hash表模型，通過連結清單的方式來解決沖突。需要注意的是zend的hash
table是一個自增長的資料結構，當hash表數目滿了之後，其本身會動态以2倍的方式擴容并重新元素位置。初始大小均為8。另外，在進行key->value快速查找時候，zend本身還做了一些優化，通過空間換時間的方式加快速度。比如在每個元素中都會用一個變量nkeylength辨別key的長度以作快速判定。
雙向連結清單：zend hash
table通過一個連結清單結構，實作了元素的線性周遊。理論上，做周遊使用單向連結清單就夠了，之是以使用雙向連結清單，主要目的是為了快速删除，避免周遊。zend
hash table是一種複合型的結構，作為數組使用時，即支援常見的關聯數組也能夠作為順序索引數字來使用，甚至允許2者的混合。
php關聯數組：關聯數組是典型的hash_table應用。一次查詢過程經過如下幾步(從代碼可以看出，這是一個常見的hash查詢過程并增加一些快速判定加速查找。)：
getkeyhashvalue h;
index = n & ntablemask;
bucket *p = arbucket[index];
while (p) {
if ((p->h == h) & (p->nkeylength == nkeylength)) {
return p->data;
}
p=p->next;
}
return falture;
php索引數組：索引數組就是我們常見的數組，通過下标通路。例如 $arr[0]，zend
hashtable内部進行了歸一化處理，對于index類型key同樣配置設定了hash值和nkeylength(為0)。内部成員變量nnextfreeelement就是目前配置設定到的最大id，每次push後自動加一。正是這種歸一化處理，php才能夠實作關聯和非關聯的混合。由于push操作的特殊性，索引key在php數組中先後順序并不是通過下标大小來決定，而是由push的先後決定。例如
$arr[1] = 2; $arr[2] = 3;對于double類型的key，zend hashtable會将他當做索引key處理
6. php變量
php是一門弱類型語言，本身不嚴格區分變量的類型。php在變量申明的時候不需要指定類型。php在程式運作期間可能進行變量類型的隐示轉換。和其他強類型語言一樣，程式中也可以進行顯示的類型轉換。php變量可以分為簡單類型(int、string、bool)、集合類型(array
resource object)和常量(const)。以上所有的變量在底層都是同一種結構 zval。
zval是zend中另一個非常重要的資料結構，用來辨別并實作php變量，其資料結構如下：
zval主要由三部分組成：
type：指定了變量所述的類型(整數、字元串、數組等)
refcount&is_ref：用來實作引用計數(後面具體介紹)
value：核心部分，存儲了變量的實際資料
zvalue是用來儲存一個變量的實際資料。因為要存儲多種類型，是以zvalue是一個union，也由此實作了弱類型。
php變量類型和其實際存儲對應關系如下：
is_long -> lvalue
is_double -> dvalue
is_array -> ht
is_string -> str
is_resource -> lvalue
引用計數在記憶體回收、字元串操作等地方使用非常廣泛。php中的變量就是引用計數的典型應用。zval的引用計數通過成員變量is_ref和ref_count實作，通過引用計數，多個變量可以共享同一份資料。避免頻繁拷貝帶來的大量消耗。
在進行指派操作時，zend将變量指向相同的zval同時ref_count++，在unset操作時，對應的ref_count-1。隻有ref_count減為0時才會真正執行銷毀操作。如果是引用指派，則zend會修改is_ref為1。
php變量通過引用計數實作變量共享資料，那如果改變其中一個變量值呢?當試圖寫入一個變量時，zend若發現該變量指向的zval被多個變量共享，則為其複制一份ref_count為1的zval，并遞減原zval的refcount，這個過程稱為“zval分離”。可見，隻有在有寫操作發生時zend才進行拷貝操作，是以也叫copy-on-write(寫時拷貝)
對于引用型變量，其要求和非引用型相反，引用指派的變量間必須是捆綁的，修改一個變量就修改了所有捆綁變量。
整數、浮點數是php中的基礎類型之一，也是一個簡單型變量。對于整數和浮點數，在zvalue中直接存儲對應的值。其類型分别是long和double。
從zvalue結構中可以看出，對于整數類型，和c等強類型語言不同，php是不區分int、unsigned int、long、long
long等類型的，對它來說，整數隻有一種類型也就是long。由此，可以看出，在php裡面，整數的取值範圍是由編譯器位數來決定而不是固定不變的。
對于浮點數，類似整數，它也不區分float和double而是統一隻有double一種類型。
在php中，如果整數範圍越界了怎麼辦?這種情況下會自動轉換為double類型，這個一定要小心，很多trick都是由此産生。
和整數一樣，字元變量也是php中的基礎類型和簡單型變量。通過zvalue結構可以看出，在php中，字元串是由由指向實際資料的指針和長度結構體組成，這點和c++中的string比較類似。由于通過一個實際變量表示長度，和c不同，它的字元串可以是2進制資料(包含)，同時在php中，求字元串長度strlen是o(1)操作。
在新增、修改、追加字元串操作時，php都會重新配置設定記憶體生成新的字元串。最後，出于安全考慮，php在生成一個字元串時末尾仍然會添加。
常見的字元串拼接方式及速度比較：
假設有如下4個變量：$stra=‘123’; $strb = ‘456’; $inta=123; intb=456;
現在對如下的幾種字元串拼接方式做一個比較和說明：
$res = $stra.$strb和$res = “$stra$strb”
這種情況下，zend會重新malloc一塊記憶體并進行相應處理，其速度一般
$stra = $stra.$strb
這種是速度最快的，zend會在目前stra基礎上直接relloc，避免重複拷貝
$res = $inta.$intb
這種速度較慢，因為需要做隐式的格式轉換，實際編寫程式中也應該注意盡量避免
$stra = sprintf (“%s%s”,$stra.$strb);
這會是最慢的一種方式，因為sprintf在php中并不是一個語言結構，本身對于格式識别和處理就需要耗費比較多時間，另外本身機制也是malloc。不過sprintf的方式最具可讀性，實際中可以根據具體情況靈活選擇。
php的數組通過zend hashtable來天然實作。
foreach操作如何實作?對一個數組的foreach就是通過周遊hashtable中的雙向連結清單完成。對于索引數組，通過foreach周遊效率比for高很多，省去了key->value的查找。count操作直接調用hashtable->numofelements，o(1)操作。對于’123’這樣的字元串，zend會轉換為其整數形式。$arr[‘123’]和$arr[123]是等價的。
資源類型變量是php中最複雜的一種變量，也是一種複合型結構。
php的zval可以表示廣泛的資料類型，但是對于自定義的資料類型卻很難充分描述。由于沒有有效的方式描繪這些複合結構，是以也沒有辦法對它們使用傳統的操作符。要解決這個問題，隻需要通過一個本質上任意的辨別符(label)引用指針，這種方式被稱為資源。
在zval中，對于resource，lval作為指針來使用，直接指向資源所在的位址。resource可以是任意的複合結構，我們熟悉的mysqli、fsock、memcached等都是資源。
如何使用資源：
注冊：對于一個自定義的資料類型，要想将它作為資源。首先需要進行注冊，zend會為它配置設定全局唯一标示。
擷取一個資源變量：對于資源，zend維護了一個id->實際資料的hash_tale。對于一個resource，在zval中隻記錄了它的id。fetch的時候通過id在hash_table中找到具體的值傳回。
資源銷毀：資源的資料類型是多種多樣的。zend本身沒有辦法銷毀它。是以需要使用者在注冊資源的時候提供銷毀函數。當unset資源時，zend調用相應的函數完成析構。同時從全局資源表中删除它。
資源可以長期駐留，不隻是在所有引用它的變量超出作用域之後，甚至是在一個請求結束了并且新的請求産生之後。這些資源稱為持久資源，因為它們貫通sapi的整個生命周期持續存在，除非特意銷毀。很多情況下，持久化資源可以在一定程度上提高性能。比如我們常見的mysql_pconnect
,持久化資源通過pemalloc配置設定記憶體，這樣在請求結束的時候不會釋放。
對zend來說，對兩者本身并不區分。
php中的局部變量和全局變量是如何實作的?對于一個請求，任意時刻php都可以看到兩個符号表(symbol_table和active_symbol_table)，其中前者用來維護全局變量。後者是一個指針，指向目前活動的變量符号表，當程式進入到某個函數中時，zend就會為它配置設定一個符号表x同時将active_symbol_table指向a。通過這樣的方式實作全局、局部變量的區分。
擷取變量值：php的符号表是通過hash_table實作的，對于每個變量都配置設定唯一辨別，擷取的時候根據辨別從表中找到相應zval傳回。
函數中使用全局變量：在函數中，我們可以通過顯式申明global來使用全局變量。在active_symbol_table中建立symbol_table中同名變量的引用，如果symbol_table中沒有同名變量則會先建立。
作者：佚名
來源：51cto