一、 class 介绍
PHP 中的 class、interface、trait 在底层均以 zend_class_entry 结构体实现
struct _zend_class_entry { char type; const char *name; zend_uint name_length; struct _zend_class_entry *parent; int refcount; zend_uint ce_flags; HashTable function_table; HashTable properties_info; zval **default_properties_table; zval **default_static_members_table; zval **static_members_table; HashTable constants_table; int default_properties_count; int default_static_members_count; union _zend_function *constructor; union _zend_function *destructor; union _zend_function *clone; union _zend_function *__get; union _zend_function *__set; union _zend_function *__unset; union _zend_function *__isset; union _zend_function *__call; union _zend_function *__callstatic; union _zend_function *__tostring; union _zend_function *serialize_func; union _zend_function *unserialize_func; zend_class_iterator_funcs iterator_funcs; /* handlers */ zend_object_value (*create_object)(zend_class_entry *class_type TSRMLS_DC); zend_object_iterator *(*get_iterator)(zend_class_entry *ce, zval *object, int by_ref TSRMLS_DC); int (*interface_gets_implemented)(zend_class_entry *iface, zend_class_entry *class_type TSRMLS_DC); /* a class implements this interface */ union _zend_function *(*get_static_method)(zend_class_entry *ce, char* method, int method_len TSRMLS_DC); /* serializer callbacks */ int (*serialize)(zval *object, unsigned char **buffer, zend_uint *buf_len, zend_serialize_data *data TSRMLS_DC); int (*unserialize)(zval **object, zend_class_entry *ce, const unsigned char *buf, zend_uint buf_len, zend_unserialize_data *data TSRMLS_DC); zend_class_entry **interfaces; zend_uint num_interfaces; zend_class_entry **traits; zend_uint num_traits; zend_trait_alias **trait_aliases; zend_trait_precedence **trait_precedences; union { struct { const char *filename; zend_uint line_start; zend_uint line_end; const char *doc_comment; zend_uint doc_comment_len; } user; struct { const struct _zend_function_entry *builtin_functions; struct _zend_module_entry *module; } internal; } info; };
zend_class_entry 结构体中包含大量的指针以及 hashtable,这就导致结构体本身会占用不小的内存空间。另外,结构体中的指针还需要单独分配相应的内存空间,这又会消耗一部分内存空间。
所谓开发者自定义的 class 即使用 PHP 语言定义的 class,而 PHP 内部定义的 class 是指 PHP 源代码中定义的 class 或 PHP 扩展中定义的 class。二者最本质的区别在于生命周期不同:
为了节约内存空间,不要在代码中定义一些实际并不使用的 class。可以使用 autoload 来屏蔽这些实际并不使用的 class,因为 autoload 只有在一个 class 被用到时才加载和解析,但这样就会把 class 的解析和加载过程由代码的编译阶段延后到代码的执行阶段,影响性能
另外需要注意的是,即使开启了 OPCache 扩展,开发者自定义的 class 还是会随着请求的到来而解析和加载,随着请求的完成而销毁,OPCache 只是提高了这两个阶段的速度
if (EG(full_tables_cleanup)) { zend_hash_reverse_apply(EG(function_table), (apply_func_t) clean_non_persistent_function_full TSRMLS_CC); zend_hash_reverse_apply(EG(class_table), (apply_func_t) clean_non_persistent_class_full TSRMLS_CC); } else { zend_hash_reverse_apply(EG(function_table), (apply_func_t) clean_non_persistent_function TSRMLS_CC); zend_hash_reverse_apply(EG(class_table), (apply_func_t) clean_non_persistent_class TSRMLS_CC); } static int clean_non_persistent_class(zend_class_entry **ce TSRMLS_DC) { return ((*ce)->type == ZEND_INTERNAL_CLASS) ? ZEND_HASH_APPLY_STOP : ZEND_HASH_APPLY_REMOVE; }
由以上代码可以看出,在请求结束时,PHP 内部定义的 class 并不会被销毁。另外,由于 PHP 扩展中定义的 class 也属于 PHP 内部定义的 class 的范畴,所以,从节省内存空间的角度出发,不要开启一些自己并不使用的扩展。因为,如果扩展一旦开启,扩展中定义的 class 就会在 php-fpm 进程启动时被解析和加载。
很多时候,为了处理方便,我们会通过继承 \Exception 来自定义 exception。但由于 zend_class_entry 结构体非常庞大,这就导致在提高便利的同时耗费了大量的内存
class 绑定指的是 class 数据的准备过程
对于 PHP 内部定义的 class,绑定过程在 class 注册时就已经完成。此过程发生在 PHP 脚本运行之前,并且在整个 php-fpm 进程的生命周期中只发生一次。
对于既没有继承 parent class,也没有实现 interface,也没有使用 trait 的 class,绑定过程发生在 PHP 代码的编辑阶段,并且不会消耗太多资源。此种 class 的绑定通常只需要将 class 注册到 class_table 中,并检查 class 是否包含了抽象方法但没有被申明为 abstract 类型。
void zend_do_early_binding(TSRMLS_D) /* {{{ */ { zend_op *opline = &CG(active_op_array)->opcodes[CG(active_op_array)->last-1]; HashTable *table; while (opline->opcode == ZEND_TICKS && opline > CG(active_op_array)->opcodes) { opline--; } switch (opline->opcode) { case ZEND_DECLARE_FUNCTION: if (do_bind_function(CG(active_op_array), opline, CG(function_table), 1) == FAILURE) { return; } table = CG(function_table); break; case ZEND_DECLARE_CLASS: if (do_bind_class(CG(active_op_array), opline, CG(class_table), 1 TSRMLS_CC) == NULL) { return; } table = CG(class_table); break; case ZEND_DECLARE_INHERITED_CLASS: { /*... ...*/ } case ZEND_VERIFY_ABSTRACT_CLASS: case ZEND_ADD_INTERFACE: case ZEND_ADD_TRAIT: case ZEND_BIND_TRAITS: /* We currently don't early-bind classes that implement interfaces */ /* Classes with traits are handled exactly the same, no early-bind here */ return; default: zend_error(E_COMPILE_ERROR, "Invalid binding type"); return; } /*... ...*/ } void zend_verify_abstract_class(zend_class_entry *ce TSRMLS_DC) { zend_abstract_info ai; if ((ce->ce_flags & ZEND_ACC_IMPLICIT_ABSTRACT_CLASS) && !(ce->ce_flags & ZEND_ACC_EXPLICIT_ABSTRACT_CLASS)) { memset(&ai, 0, sizeof(ai)); zend_hash_apply_with_argument(&ce->function_table, (apply_func_arg_t) zend_verify_abstract_class_function, &ai TSRMLS_CC); if (ai.cnt) { zend_error(E_ERROR, "Class %s contains %d abstract method%s and must therefore be declared abstract or implement the remaining methods (" MAX_ABSTRACT_INFO_FMT MAX_ABSTRACT_INFO_FMT MAX_ABSTRACT_INFO_FMT ")", ce->name, ai.cnt, ai.cnt > 1 ? "s" : "", DISPLAY_ABSTRACT_FN(0), DISPLAY_ABSTRACT_FN(1), DISPLAY_ABSTRACT_FN(2) ); } } }
对于实现了 interface 的 class 的绑定过程非常复杂,大致流程如下:
**interfaces
中需要注意的是,所谓的复制只是将常量、属性、方法的引用计数加 1
ZEND_API void zend_do_implement_interface(zend_class_entry *ce, zend_class_entry *iface TSRMLS_DC) { /* ... ... */ } else { if (ce->num_interfaces >= current_iface_num) { /* resize the vector if needed */ if (ce->type == ZEND_INTERNAL_CLASS) { /*对于内部定义的 class,使用 realloc 分配内存,所分配的内存在进程的生命周期中永久有效*/ ce->interfaces = (zend_class_entry **) realloc(ce->interfaces, sizeof(zend_class_entry *) * (++current_iface_num)); } else { /*对于开发者定义的 class,使用 erealloc 分配内存,所分配的内存只在请求的生命周期中有效*/ ce->interfaces = (zend_class_entry **) erealloc(ce->interfaces, sizeof(zend_class_entry *) * (++current_iface_num)); } } ce->interfaces[ce->num_interfaces++] = iface; /* Add the interface to the class */ /* Copy every constants from the interface constants table to the current class constants table */ zend_hash_merge_ex(&ce->constants_table, &iface->constants_table, (copy_ctor_func_t) zval_add_ref, sizeof(zval *), (merge_checker_func_t) do_inherit_constant_check, iface); /* Copy every methods from the interface methods table to the current class methods table */ zend_hash_merge_ex(&ce->function_table, &iface->function_table, (copy_ctor_func_t) do_inherit_method, sizeof(zend_function), (merge_checker_func_t) do_inherit_method_check, ce); do_implement_interface(ce, iface TSRMLS_CC); zend_do_inherit_interfaces(ce, iface TSRMLS_CC); } }
对于常量的复制,zval_add_ref 用于将常量的引用计数加1;而对于方法的复制,do_inherit_method 除了将相应方法的引用计数加 1 之外,还将方法中定义的静态变量的引用计数加 1。
static void do_inherit_method(zend_function *function) { function_add_ref(function); } ZEND_API void function_add_ref(zend_function *function) { if (function->type == ZEND_USER_FUNCTION) { zend_op_array *op_array = &function->op_array; (*op_array->refcount)++; if (op_array->static_variables) { HashTable *static_variables = op_array->static_variables; zval *tmp_zval; ALLOC_HASHTABLE(op_array->static_variables); zend_hash_init(op_array->static_variables, zend_hash_num_elements(static_variables), NULL, ZVAL_PTR_DTOR, 0); zend_hash_copy(op_array->static_variables, static_variables, (copy_ctor_func_t) zval_add_ref, (void *) &tmp_zval, sizeof(zval *)); } op_array->run_time_cache = NULL; } }
对于实现了 interface 的 class 的绑定,由于要进行多次的循环遍历以及检查,通常非常消耗 CPU 资源,但却节省了内存空间。
现阶段,PHP 将 interface 的绑定推迟到了代码执行阶段进行,以为这每次请求都会进行这些操作
对于 class 继承的绑定,过程与 interface 的绑定类似,但更为复杂。另外有一个值得注意的地方,如果 class 在绑定时已经解析到了父类,则绑定发生在代码编译阶段;否则发生在代码执行阶段。
// A 在 B 之前申明,B 的绑定发生在编译阶段 class A { } class B extends A { } // A 在 B 之后申明,绑定 B 时编译器无法知道 A 情况,此时 B 的绑定只能延后到代码执行时 class B extends A { } class A { } // 这种情况会报错:Class B doesn't exist // 在代码执行阶段绑定 C,需要解析 B,但此时 B 有继承了 A,而 A 此时还是未知状态 class C extends B { } class B extends A { } class A { }
如果使用 autoload,并且采用一个 class 对应一个文件的模式,则所有 class 的绑定都只会发生在代码执行阶段
方法与函数的底层数据结构均为 zend_function。PHP 编译器在编译时将方法编译并添加到 zend_class_entry 的 function_table 属性中。所以,在 PHP 代码运行时,方法已经编译完成,PHP 要做的只是通过指针找到方法并执行。
typedef union _zend_function { zend_uchar type; struct { zend_uchar type; const char *function_name; zend_class_entry *scope; zend_uint fn_flags; union _zend_function *prototype; zend_uint num_args; zend_uint required_num_args; zend_arg_info *arg_info; } common; zend_op_array op_array; zend_internal_function internal_function; } zend_function;
当 object 尝试调用方法时,首先会在其对应的 class 的 function_table 中查找该方法,同时还会检查方法的访问控制。如果方法不存在或方法的访问控制不符合要求,object 会尝试调用莫属方法 __call
。
static inline union _zend_function *zend_get_user_call_function(zend_class_entry *ce, const char *method_name, int method_len) { zend_internal_function *call_user_call = emalloc(sizeof(zend_internal_function)); call_user_call->type = ZEND_INTERNAL_FUNCTION; call_user_call->module = (ce->type == ZEND_INTERNAL_CLASS) ? ce->info.internal.module : NULL; call_user_call->handler = zend_std_call_user_call; call_user_call->arg_info = NULL; call_user_call->num_args = 0; call_user_call->scope = ce; call_user_call->fn_flags = ZEND_ACC_CALL_VIA_HANDLER; call_user_call->function_name = estrndup(method_name, method_len); return (union _zend_function *)call_user_call; } static union _zend_function *zend_std_get_method(zval **object_ptr, char *method_name, int method_len, const zend_literal *key TSRMLS_DC) { zend_function *fbc; zval *object = *object_ptr; zend_object *zobj = Z_OBJ_P(object); ulong hash_value; char *lc_method_name; ALLOCA_FLAG(use_heap) if (EXPECTED(key != NULL)) { lc_method_name = Z_STRVAL(key->constant); hash_value = key->hash_value; } else { lc_method_name = do_alloca(method_len+1, use_heap); /* Create a zend_copy_str_tolower(dest, src, src_length); */ zend_str_tolower_copy(lc_method_name, method_name, method_len); hash_value = zend_hash_func(lc_method_name, method_len+1); } if (UNEXPECTED(zend_hash_quick_find(&zobj->ce->function_table, lc_method_name, method_len+1, hash_value, (void **)&fbc) == FAILURE)) { if (UNEXPECTED(!key)) { free_alloca(lc_method_name, use_heap); } if (zobj->ce->__call) { return zend_get_user_call_function(zobj->ce, method_name, method_len); } else { return NULL; } } /* Check access level */ if (fbc->op_array.fn_flags & ZEND_ACC_PRIVATE) { zend_function *updated_fbc; /* Ensure that if we're calling a private function, we're allowed to do so. * If we're not and __call() handler exists, invoke it, otherwise error out. */ updated_fbc = zend_check_private_int(fbc, Z_OBJ_HANDLER_P(object, get_class_entry)(object TSRMLS_CC), lc_method_name, method_len, hash_value TSRMLS_CC); if (EXPECTED(updated_fbc != NULL)) { fbc = updated_fbc; } else { if (zobj->ce->__call) { fbc = zend_get_user_call_function(zobj->ce, method_name, method_len); } else { zend_error_noreturn(E_ERROR, "Call to %s method %s::%s() from context '%s'", zend_visibility_string(fbc->common.fn_flags), ZEND_FN_SCOPE_NAME(fbc), method_name, EG(scope) ? EG(scope)->name : ""); } } } else { /* Ensure that we haven't overridden a private function and end up calling * the overriding public function... */ if (EG(scope) && is_derived_class(fbc->common.scope, EG(scope)) && fbc->op_array.fn_flags & ZEND_ACC_CHANGED) { zend_function *priv_fbc; if (zend_hash_quick_find(&EG(scope)->function_table, lc_method_name, method_len+1, hash_value, (void **) &priv_fbc)==SUCCESS && priv_fbc->common.fn_flags & ZEND_ACC_PRIVATE && priv_fbc->common.scope == EG(scope)) { fbc = priv_fbc; } } if ((fbc->common.fn_flags & ZEND_ACC_PROTECTED)) { /* Ensure that if we're calling a protected function, we're allowed to do so. * If we're not and __call() handler exists, invoke it, otherwise error out. */ if (UNEXPECTED(!zend_check_protected(zend_get_function_root_class(fbc), EG(scope)))) { if (zobj->ce->__call) { fbc = zend_get_user_call_function(zobj->ce, method_name, method_len); } else { zend_error_noreturn(E_ERROR, "Call to %s method %s::%s() from context '%s'", zend_visibility_string(fbc->common.fn_flags), ZEND_FN_SCOPE_NAME(fbc), method_name, EG(scope) ? EG(scope)->name : ""); } } } } if (UNEXPECTED(!key)) { free_alloca(lc_method_name, use_heap); } return fbc; }
这里需要指出的是:
typedef struct _zend_literal { zval constant; zend_ulong hash_value; zend_uint cache_slot; } zend_literal;
其中,constant 记录了转为小写后的字符串,hash_value 则是预先计算好的 hash。这样就避免了 object 每次调用方法都要将方法名称转为小写并计算 hash 值。
class Foo { public function BAR() { } } $a = new Foo; $b = 'bar'; $a->bar(); /* good */ $a->$b(); /* bad */
在上例中,在代码编译阶段,方法 BAR 被转换成 bar 并添加到 zend_class_entry 的 function_table 中。当发生方法调用时:
当对一个 class 进行实例化时,object 中的属性只是对 class 中属性的引用。这样,object 的创建操作就会相对轻量化,并且会节省一部分内存空间。
如果要对 object 中的属性进行修改,zend 引擎会单独创建一个 zval 结构,只对当前 object 的当前属性产生影响。
class 的实例化对应的会在底层创建一个 zend_obejct 数据结构,新创建的 object 会注册到 zend_objects_store 中。zend_objects_store 是一个全局的 object 注册表,同一个对象在该注册表中只能注册一次。
typedef struct _zend_object { zend_class_entry *ce; HashTable *properties; zval **properties_table; HashTable *guards; /* protects from __get/__set ... recursion */ } zend_object; typedef struct _zend_objects_store {/*本质上是一个动态 object_bucket 数组*/ zend_object_store_bucket *object_buckets; zend_uint top; /*下一个可用的 handle,handle 取值从 1 开始。对应的在 *object_buckets 中的 index 为 handle - 1*/ zend_uint size; /*当前分配的 *object_buckets 的最大长度*/ int free_list_head; /*当 *object_bucket 中的 bucket 被销毁后,该 bucket 在 *object_buckets 中的 index 会被有序加入 free_list 链表。free_list_head 即为该链表中的第一个值*/ } zend_objects_store; typedef struct _zend_object_store_bucket { zend_bool destructor_called; zend_bool valid; /*值为 1 表示当前 bucket 被使用,此时 store_bucket 中的 store_object 被使用;值为 0 表示当前 bucket 并没有存储有效的 object,此时 store_bucket 中的 free_list 被使用*/ zend_uchar apply_count; union _store_bucket { struct _store_object { void *object; zend_objects_store_dtor_t dtor; zend_objects_free_object_storage_t free_storage; zend_objects_store_clone_t clone; const zend_object_handlers *handlers; zend_uint refcount; gc_root_buffer *buffered; } obj; struct { int next; /*第一个未被使用的 bucket 的 index 永远存储在 zend_object_store 的 free_list_head 中,所以 next 只需要记录当前 bucket 之后第一个未被使用的 bucket 的 index*/ } free_list; } bucket; } zend_object_store_bucket; ZEND_API zend_object_value zend_objects_new(zend_object **object, zend_class_entry *class_type TSRMLS_DC) { zend_object_value retval; *object = emalloc(sizeof(zend_object)); (*object)->ce = class_type; (*object)->properties = NULL; (*object)->properties_table = NULL; (*object)->guards = NULL; retval.handle = zend_objects_store_put(*object, (zend_objects_store_dtor_t) zend_objects_destroy_object, (zend_objects_free_object_storage_t) zend_objects_free_object_storage, NULL TSRMLS_CC); retval.handlers = &std_object_handlers; return retval; }
将 object 注册到 zend_objects_store 中以后,将会为 object 创建属性(对相应 class 属性的引用)
ZEND_API void object_properties_init(zend_object *object, zend_class_entry *class_type) { int i; if (class_type->default_properties_count) { object->properties_table = emalloc(sizeof(zval*) * class_type->default_properties_count); for (i = 0; i default_properties_count; i++) { object->properties_table[i] = class_type->default_properties_table[i]; if (class_type->default_properties_table[i]) { #if ZTS ALLOC_ZVAL( object->properties_table[i]); MAKE_COPY_ZVAL(&class_type->default_properties_table[i], object->properties_table[i]); #else Z_ADDREF_P(object->properties_table[i]); #endif } } object->properties = NULL; } }
需要指出的是,在创建属性时,如果是非线程安全模式的 PHP,仅仅是增加相应属性的引用计数;但如果是线程安全模式的 PHP,则需要对属性进行深度复制,将 class 的属性全部复制到 object 中的 properties_table 中。
这也说明,线程安全的 PHP 比非线程安全的 PHP 运行慢,并且更耗费内存
每个属性在底层都对应一个 zend_property_info 结构:
typedef struct _zend_property_info { zend_uint flags; const char *name; int name_length; ulong h; int offset; const char *doc_comment; int doc_comment_len; zend_class_entry *ce; } zend_property_info;
class 中声明的每个属性,在 zend_class_entry 中的 properties_table 中都有一个zend_property_info 与之相对应。properties_table 可以帮助我们快速确定一个 object 所访问的属性是否存在:
__set
方法,则使用 __set
方法写入该属性;否则会向 object 添加一个动态属性。但无论以何种方式写入该属性,写入的属性都将添加到 object 的 properties_table 中。在创建完 object 之后,只要我们不向 object 中写入新的属性或更新 object 对应的 class 中的属性的值,则 object 所占用的内存空间不会发生变化。
属性的存储/访问方式:
zend_class_entry->properties_info 中存储的是一个个的 zend_property_info。而属性的值实际以 zval 指针数组的方式存储在 zend_class_entry->default_properties_table 中。object 中动态添加的属性只会以 property_name => property_value 的形式存储在 zend_object->properties_table 中。而在创建 object 时,zend_class_entry->properties_table 中的值会被逐个传递给 zend_object->properties_table。
zend_literal->cache_slot 中存储的 int 值为 run_time_cache 中的索引 index。run_time_cache 为数组结构,index 对应的 value 为访问该属性的 object 对应的 zend_class_entry;index + 1 对应的 value 为该属性对应的 zend_property_info 。在访问属性时,如果 zend_literal->cache_slot 中的值不为空,则可以通过 zend_literal->cache_slot 快速检索得到 zend_property_info 结构;如果为空,则在检索到 zend_property_info 的信息之后会初始化 zend_literal->cache_slot。
属性名称的存储方式
private 属性:"\0class_name\0property_name"
protected 属性:"\0*\0property_name"
public 属性:"property_name"
执行以下代码,看看输出结果
class A { private $a = 'a'; protected $b = 'b'; public $c = 'c'; } class B extends A { private $a = 'aa'; protected $b = 'bb'; public $c = 'cc'; } class C extends B { private $a = 'aaa'; protected $b = 'bbb'; public $c = 'ccc'; } var_dump(new C());
zend_object 中 guards 的作用
guards 的作用是对 object 的重载提供递归保护。
class Foo { public function __set($name, $value) { $this->$name = $value; } } $foo = new Foo; $foo->bar = 'baz'; var_dump($foo->bar);
以上代码中,当为
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