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如何用PHP實(shí)現(xiàn)多線程編程

更新時(shí)間：2021年05月26日 10:09:08 作者：枕邊書

原以為 PHP 普遍都是單線程模型，并不適合多線程領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)PHP的多線程也頗有可取之處，用來解決某些問題竟然非常適合。本文對(duì)比多進(jìn)程介紹了下多線程的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景，提出了一種巧用方案，并使用PHP代碼實(shí)現(xiàn)了多線程的常見用法。

多線程

線程

首先說下線程：

線程(thread) 是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。一條線程指的是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流，一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù).

使用多線程主要是因?yàn)樗趫?zhí)行效率上有很大優(yōu)勢(shì)。由于線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行調(diào)度的最小單位：

一個(gè)多線程程序比單線程程序被操作系統(tǒng)調(diào)度的概率更大，所以多線程程序一般會(huì)比單線程程序更高效；
多線程程序的多個(gè)線程可以在多核 CPU 的多個(gè)核心同時(shí)運(yùn)行，可以將完全發(fā)揮機(jī)器多核的優(yōu)勢(shì)；

同時(shí)對(duì)比多進(jìn)程程序，多線程有以下特點(diǎn)：

線程的創(chuàng)建和切換的系統(tǒng)開銷都比進(jìn)程要小，所以一定程度上會(huì)比多進(jìn)程更高效；
線程天生的共享內(nèi)存空間，線程間的通信更簡(jiǎn)單，避免了進(jìn)程IPC引入新的復(fù)雜度。

適用場(chǎng)景

多線程的優(yōu)化是很多，可是無腦使用多線程并不能提升程序的執(zhí)行效率，因?yàn)榫€程的創(chuàng)建和銷毀、上下文切換、線程同步等也是有性能損耗的，耗費(fèi)時(shí)間可能比順序執(zhí)行的代碼還多。如：

sumSmall是一個(gè)從1累加到50000的函數(shù)。

上圖是在主線程內(nèi)執(zhí)行了三次 sumSmall 和三個(gè)線程分別執(zhí)行 sumSmall ，再將結(jié)果同步到一個(gè)線程的時(shí)間對(duì)比，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)只在主線程執(zhí)行的時(shí)間反而更短，三個(gè)線程創(chuàng)建、切換、同步的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過了線程異步執(zhí)行節(jié)省的時(shí)間。

而函數(shù) sumLarge 從1累加到5000000，下圖同一線程執(zhí)行三次和三個(gè)線程執(zhí)行的耗時(shí)：

這次，多線程終于有效率優(yōu)勢(shì)了。

是否使用多線程還需要根據(jù)具體需求而定，一般考慮以下兩種情況：

I/O 阻塞會(huì)使操作系統(tǒng)發(fā)生任務(wù)調(diào)度，阻塞當(dāng)前任務(wù)，所以代碼中 I/O 多的情況下，使用多線程時(shí)可以將代碼并行。例如多次讀整塊的文件，或請(qǐng)求多個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源。
多線程能充分利用 CPU，所以有多處大計(jì)算量代碼時(shí)，也可以使用多線程使他們并行執(zhí)行，例如上文中后一個(gè)例子。

PHP中的多線程

PHP 默認(rèn)并不支持多線程，要使用多線程需要安裝 pthread 擴(kuò)展，而要安裝 pthread 擴(kuò)展，必須使用 --enable-maintainer-zts 參數(shù)重新編譯 PHP，這個(gè)參數(shù)是指定編譯 PHP 時(shí)使用線程安全方式。

線程安全

多線程是讓程序變得不安分的一個(gè)因素，在使用多線程之前，首先要考慮線程安全問題：

線程安全：線程安全是編程中的術(shù)語，指某個(gè)函數(shù)、函數(shù)庫(kù)在多線程環(huán)境中被調(diào)用時(shí)，能夠正確地處理多個(gè)線程之間的共享變量，使程序功能正確完成。

在傳統(tǒng)多線程中，由于多個(gè)線程共享變量，所以可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)如下問題：

1.存在一個(gè)全局?jǐn)?shù)組$arr = array('a');;

2.A 線程獲取數(shù)組長(zhǎng)度為1;

3.B 線程獲取數(shù)組長(zhǎng)度為1;

4.A 線程 pop 出數(shù)組元素 $a = array_pop($arr); $a = 'a';;

5.B 線程也 pop 數(shù)組元素 $b = array_pop($arr); $a = null;;

6.此時(shí) B 線程內(nèi)就出現(xiàn)了靈異事件，明明數(shù)組長(zhǎng)度大于0，或沒有 pop 出東西;

PHP 實(shí)現(xiàn)

PHP 實(shí)現(xiàn)的線程安全主要是使用 TSRM 機(jī)制對(duì) 全局變量和靜態(tài)變量進(jìn)行了隔離，將全局變量和靜態(tài)變量給每個(gè)線程都復(fù)制了一份，各線程使用的都是主線程的一個(gè)備份，從而避免了變量沖突，也就不會(huì)出現(xiàn)線程安全問題。

PHP 對(duì)多線程的封裝保證了線程安全，程序員不用考慮對(duì)全局變量加各種鎖來避免讀寫沖突了，同時(shí)也減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，寫出的代碼更加安全。

但由此導(dǎo)致的是，子線程一旦開始運(yùn)行，主線程便無法再對(duì)子線程運(yùn)行細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整了，線程一定程度上失去了線程之間通過全局變量進(jìn)行消息傳遞的能力。

同時(shí) PHP 開啟線程安全選項(xiàng)后，使用 TSRM 機(jī)制分配和使用變量時(shí)也會(huì)有額外的損耗，所以在不需要多線程的 PHP 環(huán)境中，使用 PHP 的 ZTS （非線程安全）版本就好。

類和方法

PHP 將線程封裝成了 Thread 類，線程的創(chuàng)建通過實(shí)例化一個(gè)線程對(duì)象來實(shí)現(xiàn)，由于類的封裝性，變量的使用只能通過構(gòu)造函數(shù)傳入，而線程運(yùn)算結(jié)果也需要通過類變量傳出。

下面介紹幾個(gè)常用的 Thread 類方法：

run()：此方法是一個(gè)抽象方法，每個(gè)線程都要實(shí)現(xiàn)此方法，線程開始運(yùn)行后，此方法中的代碼會(huì)自動(dòng)執(zhí)行；
start()：在主線程內(nèi)調(diào)用此方法以開始運(yùn)行一個(gè)線程；
join()：各個(gè)線程相對(duì)于主線程都是異步執(zhí)行，調(diào)用此方法會(huì)等待線程執(zhí)行結(jié)束；
kill()：強(qiáng)制線程結(jié)束；
isRunning()：返回線程的運(yùn)行狀態(tài)，線程正在執(zhí)行run()方法的代碼時(shí)會(huì)返回 true；

因?yàn)榫€程安全的實(shí)現(xiàn)，PHP 的多線程開始運(yùn)行后，無法再通過共享內(nèi)存空間通信，線程也無法通過線程間通信復(fù)用，所以我認(rèn)為 PHP 的“線程池”并沒有什么意義。擴(kuò)展內(nèi)自帶的Pool 類是一個(gè)對(duì)多線程分配管理的類，這里也不再多介紹了。

實(shí)例代碼

下面是一個(gè)線程類，用來請(qǐng)求某一接口。接下來根據(jù)它寫兩個(gè)多線程的應(yīng)用實(shí)例：

class Request extends Thread {
    public $url;
    public $response;
    public function __construct($url) {
        $this->url = $url;
    }
    public function run() {
        $this->response = file_get_contents($this->url);
    }
}

異步請(qǐng)求

將同步的請(qǐng)求拆分為多個(gè)線程異步調(diào)用，以提升程序的運(yùn)行效率。

$chG = new Request("www.google.com");
$chB = new Request("www.baidu.com");
$chG ->start();
$chB ->start();
$chG->join();
$chB->join();

$gl = $chG->response;
$bd = $chB->response;

超時(shí)控制

偶然間發(fā)現(xiàn)公司網(wǎng)站某一網(wǎng)頁上的一塊內(nèi)容時(shí)有時(shí)無，不知道具體實(shí)現(xiàn)，但這給了我使用多線程的靈感：利用線程異步實(shí)現(xiàn)快速失敗和超時(shí)控制。

我們?cè)谑褂?curl 請(qǐng)求某個(gè)地址時(shí)，可以通過 CURLOPT_CONNECTTIMEOUT / CURLOPT_TIMEOUT 參數(shù)分別設(shè)置 curl 的連接超時(shí)時(shí)間和讀取數(shù)據(jù)超時(shí)時(shí)間，但總的超時(shí)時(shí)間不好控制。而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢時(shí)的超時(shí)時(shí)間無法設(shè)置（鳥哥博客：為MySQL設(shè)置查詢超時(shí)）。

這時(shí)我們便可以借用多線程來實(shí)現(xiàn)此功能：在執(zhí)行線程類的 start() 方法后，不調(diào)用 join() 方法，使線程一直處于異步狀態(tài)，不阻塞主線程的執(zhí)行。

此時(shí)主線程相當(dāng)于旗艦，而各子線程相當(dāng)于巡航艦，旗艦到達(dá)某地后不必要一直等待巡航艦也歸來，等待一段時(shí)間后離開即可，從而避免巡航艦意外時(shí)旗艦白白空等。

代碼：

$chG = new Request("www.google.com");
$chB = new Request("www.baidu.com");
$chG->start();
$chB->start();
$chB->join();
// 此處不對(duì)chG執(zhí)行join方法

sleep(1); // sleep一個(gè)能接受的超時(shí)時(shí)間
$gl = $chG->response;
$bd = $chB->response;
$bd->kill();
if (!$gl) {
    $gl = ""; // 處理異常，或在線程類內(nèi)給$gl一個(gè)默認(rèn)值
}