[ PHP 内核与扩展开发系列] PHP 中的资源类型:持久资源

通常情况下,像资源这类复合类型的数据都会占用大量的硬件资源,比如内存、CPU以及网络带宽。对于使用频率超级高的数据库连接,我们可以获取一个长连接,使其不会在脚本结束后自动销毁,一旦创建便可以在各个请求中直接使用,从而减少每次创建它的消耗。MySQL 的长连接在 PHP 内核中其实就是一种持久资源。

内存分配

前面的章节里我们接触了 emalloc() 之类的以 e 开头的内存管理函数,通过它们申请的内存都会被内核自动的进行垃圾回收的操作。而对于一个持久资源来说,我们是绝对不希望它在脚本结束后被回收的。

假设需要在我们的资源中同时保存文件名和文件句柄两个数据,就需要自己定义这个结构了:

typedef struct _php_sample_descriptor_data
{
    char *filename;
    FILE *fp;
} php_sample_descriptor_data;

当然,因为结构变了,我们之前的代码也需要跟着改动。这里还没有涉及到持久资源,仅仅是换了一种资源结构

static void php_sample_descriptor_dtor(zend_rsrc_list_entry *rsrc TSRMLS_DC)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata = (php_sample_descriptor_data *)rsrc->ptr;
    fclose(fdata->fp);
    efree(fdata->filename);
    efree(fdata);
}

ZEND_FUNCTION(academy_sample_fopen)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata;
    FILE *fp;
    char *filename, *mode;
    int filename_len, mode_len;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "ss", &filename, &filename_len, &mode, &mode_len) == FAILURE)
    {
        RETURN_NULL();
    }
    if (!filename_len || !mode_len) {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Invalid filename or mode length");
        RETURN_FALSE;
    }
    fp = fopen(filename, mode);
    if (!fp)
    {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Unable to open %s using mode %s", filename, mode);
        RETURN_FALSE;
    }
    fdata = emalloc(sizeof(php_sample_descriptor_data));
    fdata->fp = fp;
    fdata->filename = estrndup(filename, filename_len);
    ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, fdata, academy_sample_descriptor);
}

ZEND_FUNCTION(academy_sample_fwrite)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata;
    zval *file_resource;
    char *data;
    int data_len;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "rs", &file_resource, &data, &data_len) == FAILURE )
    {
        RETURN_NULL();
    }
    ZEND_FETCH_RESOURCE(fdata, php_sample_descriptor_data*, &file_resource, -1, PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, academy_sample_descriptor);
    RETURN_LONG(fwrite(data, 1, data_len, fdata->fp));
}

接下来我们来重写 academy_sample_fclose() 函数:

ZEND_FUNCTION(academy_sample_fclose)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata;
    zval *file_resource;

    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "r", &file_resource) == FAILURE)
    {
        RETURN_NULL();
    }

    ZEND_FETCH_RESOURCE(fdata, php_sample_descriptor_data*, &file_resource, -1, PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, academy_sample_descriptor);
    zend_hash_index_del(&EG(regular_list), Z_RESVAL_P(file_resource));
    RETURN_TRUE;
}

我们还可以在内核中获取每个资源对应的文件名称了:

ZEND_FUNCTION(academy_sample_fname) { 
    php_sample_descriptor_data *fdata; 
    zval *file_resource; 
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "r", &file_resource) == FAILURE ) { 
        RETURN_NULL(); 
    } 
    ZEND_FETCH_RESOURCE(fdata, php_sample_descriptor_data*, &file_resource, -1, PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, academy_sample_descriptor); 
    RETURN_STRING(fdata->filename, 1); 
}

现在编译运行,所有代码的结果都非常正确:

<?php
$fp = academy_sample_fopen("/tmp/test", "a");
academy_sample_fwrite($fp, "laravel academy");
var_dump(academy_sample_fname($fp));
academy_sample_fclose($fp);
var_dump(file_get_contents("/tmp/test"));

运行结果如下:

现在,是时候引入持久资源了!

延迟析构

在前面我们删除一个资源的时候,其实是去 EG(regular_list) 中将其删掉,EG(regular_list) 存储着所有只用于当前请求的资源。

持久资源存储在另一个 HashTable 中:EG(persistent_list)。其与 EG(regular_list) 有个明显的区别,那就是它每个值的索引都是字符串类型的,而且它的每个值也不会在每次请求结束后被释放掉,只能手动通过 zend_hash_del() 来删除,或者在进程结束后类似于 MSHUTDOWN 阶段将EG(persistent_list) 整体清除,最常见的情景便是操作系统关闭了Web Server。

EG(persistent_list) 对其元素也有自己的 dtor 回调函数,和 EG(regular_list) 一样,它将根据其值的类型去调用不同的回调函数,我们这一次注册回调函数的时候,需要用到zend_register_list_destructors_ex() 函数的第二个参数,第一个则被赋成 NULL
在底层的实现中,持久的和正常的资源是分别在不同的地方存储的,也分别拥有各自不同的释放函数。但在我们为脚本提供的函数中,却希望能够封装这种差异,从而使我们的用户使用起来更加方便快捷:

static int academy_sample_descriptor_persist;

static void php_sample_descriptor_dtor_persistent(zend_rsrc_list_entry *rsrc TSRMLS_DC)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata = (php_sample_descriptor_data*)rsrc->ptr;
    fclose(fdata->fp);
    pefree(fdata->filename, 1);
    pefree(fdata, 1);
}

ZEND_MINIT_FUNCTION(academy_sample_resource)
{
    academy_sample_descriptor = zend_register_list_destructors_ex(php_sample_descriptor_dtor, NULL, PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, module_number);
    academy_sample_descriptor_persist = zend_register_list_destructors_ex(NULL, php_sample_descriptor_dtor_persistent, PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, module_number);
    return SUCCESS;
}

我们并没有为这两种资源起不同的名字,以防使用户产生疑惑。现在我们的 PHP 扩展中引进了一种新的资源,所以我们需要改写一下上面的函数,尽量使用户使用时感觉不到这种差异。

//academy_sample_fopen()
PHP_FUNCTION(academy_sample_fopen)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata;
    FILE *fp;
    char *filename, *mode;
    int filename_len, mode_len;
    zend_bool persist = 0;

    //类比一下mysql_connect函数的最后一个参数
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "ss|b", &filename, &filename_len, &mode, &mode_len, &persist) == FAILURE)
    {
        RETURN_NULL();
    }
    if (!filename_len || !mode_len)
    {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Invalid filename or mode length");
        RETURN_FALSE;
    }

    fp = fopen(filename, mode);
    if (!fp)
    {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Unable to open %s using mode %s",filename, mode);
        RETURN_FALSE;
    }

    if (!persist) {
        fdata = emalloc(sizeof(php_sample_descriptor_data));
        fdata->filename = estrndup(filename, filename_len);
        fdata->fp = fp;
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, fdata, academy_sample_descriptor);
    } else {
        zend_rsrc_list_entry le;
        char *hash_key;
        int hash_key_len;

        fdata = pemalloc(sizeof(php_sample_descriptor_data),1);
        fdata->filename = pemalloc(filename_len + 1, 1);
        memcpy(fdata->filename, filename, filename_len + 1);
        fdata->fp = fp;

        //在EG(regular_list)中存一份
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, fdata, academy_sample_descriptor_persist);

        //在EG(persistent_list)中再存一份
        le.type = academy_sample_descriptor_persist;
        le.ptr = fdata;
        hash_key_len = spprintf(&hash_key, 0, "sample_descriptor:%s:%s", filename, mode);
        zend_hash_update(&EG(persistent_list), hash_key, hash_key_len + 1,(void*)&le, sizeof(zend_rsrc_list_entry), NULL);
        efree(hash_key);
    }
}

在持久资源时,因为我们在 EG(regular_list) 中也保存了一份,所以脚本中我们资源类型的变量在实现中仍然是保存着一个资源 ID,我们可以用它来进行之前章节所做的工作。将其添加到 EG(persistent_list) 中时,我们进行的操作流程几乎和 ZEND_REGISTER_RESOURCE() 宏函数一样,唯一的不同便是索引由之前的数字类型换成了字符串类型。当一个保存在 EG(regular_list) 中的持久资源被脚本释放时,内核会在 EG(regular_list) 寻找它对应的 dtor 函数,但它找到的是 NULL,因为我们在使用 zend_register_list_destructors_ex() 函数声明这种资源类型时,第一个参数的值为 NULL。所以此时这个资源不会被任何 dtor 函数调用,可以继续存在于内存中,任脚本流逝,请求更迭。当 Web 服务器的进程执行完毕后,内核会扫描 EG(persistent_list) 的 dtor,并调用我们已经定义好的释放函数。在我们定义的释放函数中,一定要记得使用 pfree 函数来释放内存,而不是 efree

资源复用

创建持久资源的目的是为了使用它,而不是让它来浪费内存的,我们再次重写一下 academy_sample_open() 函数,这一次我们将检测需要创建的资源是否已经在 persistent_list 中存在了。

PHP_FUNCTION(academy_sample_fopen)
{
    php_sample_descriptor_data *fdata;
    FILE *fp;
    char *filename, *mode, *hash_key;
    int filename_len, mode_len, hash_key_len;
    zend_bool persist = 0;
    zend_rsrc_list_entry *existing_file;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "ss|b", &filename, &filename_len, &mode, &mode_len, &persist) == FAILURE)
    {
        RETURN_NULL();
    }

    if (!filename_len || !mode_len)
    {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING,"Invalid filename or mode length");
        RETURN_FALSE;
    }

    //看看是否已经存在,如果已经存在就直接使用,不再创建
    hash_key_len = spprintf(&hash_key, 0, "sample_descriptor:%s:%s", filename, mode);
    if (zend_hash_find(&EG(persistent_list), hash_key, hash_key_len + 1, (void **)&existing_file) == SUCCESS)
    {
        //存在一个,直接使用!
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, existing_file->ptr, academy_sample_descriptor_persist);
        efree(hash_key);
        return;
    }

    fp = fopen(filename, mode);
    if (!fp)
    {
        php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_WARNING, "Unable to open %s using mode %s", filename, mode);
        RETURN_FALSE;
    }

    if (!persist) {
        fdata = emalloc(sizeof(php_sample_descriptor_data));
        fdata->filename = estrndup(filename, filename_len);
        fdata->fp = fp;
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, fdata, academy_sample_descriptor);
    } else {
        zend_rsrc_list_entry le;
        fdata = pemalloc(sizeof(php_sample_descriptor_data),1);
        fdata->filename = pemalloc(filename_len + 1, 1);
        memcpy(fdata->filename, filename, filename_len + 1);
        fdata->fp = fp;
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, fdata, academy_sample_descriptor_persist);

        /* 在 persistent_list 中存一份*/
        le.type = academy_sample_descriptor_persist;
        le.ptr = fdata;

        //hash_key在上面已经被创建了
        zend_hash_update(&EG(persistent_list), hash_key, hash_key_len + 1,(void*)&le, sizeof(zend_rsrc_list_entry), NULL);
    }
    efree(hash_key);
}

因为所有的 PHP 扩展都共用同一个 HashTable 来保存持久资源,所以我们在为资源的索引起名时,一定要唯一,同时必须简单,方便我们在其它的函数中构造出来。

有效性检测

一旦我们打开一个本地文件,便可以一直占有它的操作句柄,保证随时可以打开它。但是对于一些存在于远程计算机上的资源,比如 MySQL 连接、HTTP 链接,虽然我们仍然握着与服务器的连接,但是这个连接在服务器端可能已经被关闭了,在本地我们就无法再用它来做一些有价值的工作了。

所以,当我们使用资源,尤其是持久资源时,一定要保证获取出来的资源仍然是有效的、可以使用的。如果它失效了,我们必须将其从 persistent list 中移除。下面就是一个检测 socket 有效性的例子:

if (zend_hash_find(&EG(persistent_list), hash_key, hash_key_len + 1, (void**)&socket) == SUCCESS)
{
    if (php_sample_socket_is_alive(socket->ptr))
    {
        ZEND_REGISTER_RESOURCE(return_value, socket->ptr, academy_sample_socket);
        return;
    }
    zend_hash_del(&EG(persistent_list), hash_key, hash_key_len + 1);
}

如你所见,资源失效后,我们只要把它从 HashTable 中删除就行了,这一步操作同样会激活我们设置的回调函数。

获取更多资源类型

现在我们已经可以创建资源类型并生成新的资源,还能将持久资源与普通资源使用的差异性封装起来。但是如果用户对一个持久资源调用 academy_sample_fwrite() 时并不会正常工作,先想一下内核是如何通过一个数字在 regular_list 中获取最终资源的:

ZEND_FETCH_RESOURCE(
    fdata,
    php_sample_descriptor_data*,
    &file_resource,
    -1,
    PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME,
    academy_sample_descriptor
);

academy_sample_descriptor 可以保证你获取到的资源确实是这种类型的,绝不会出现你想要一个文件句柄,却返回给你一个 MySQL 连接的情况。这种验证是必须的,但有时你又想绕过这种验证,因为我们放在persistenst_list 中的资源是 academy_sample_descruotor_persist 类型的,所以当我们把它复制到 regular_list 中时,它也是 academy_sample_descructor_persist 类型的,所以如果我们想获取它,貌似只有两种方法,要么修改类型,要么再写一个新的 sample_write_persistent 函数的实现。或者极端一些,在 academy_sample_write 函数里进行复杂的判断。但是如果academy_sample_write() 函数能同时接收它们两种类型的资源多好啊!

事情没有这么复杂,我们确实可以在 academy_sample_write() 函数里获取资源时同时指定两种类型。那就是使用 ZEND_FETCH_RESOURCE2() 宏函数,它与 ZEND_FETCH_RESOURCE() 宏函数的唯一区别就是它可以接收两种类型参数:

ZEND_FETCH_RESOURCE2(
    fdata,
    php_sample_descriptor_data*,
    &file_resource,
    -1,
    PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME,
    academy_sample_descriptor,
    academy_sample_descriptor_persist
);

现在,只要资源 ID 对应的最终资源类型是 persistent 或者 non-persistent 中的一种便可以正常通过验证了。

什么,你想设置三种甚至更多的类型?那你只能直接使用 zend_fetch_resource() 函数了:

// 一种类型的
fp = (FILE*) zend_fetch_resource(
    &file_descriptor TSRMLS_CC, 
        -1,
        PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, 
        NULL,
        1, 
        academy_sample_descriptor
);
ZEND_VERIFY_RESOURCE(fp);

想看看 ZEND_FETCH_RESOURCE2() 宏函数的实现么?

//两种类型的
fp = (FILE*) zend_fetch_resource(
        &file_descriptor TSRMLS_CC, 
        -1,
        PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, 
        NULL,
        2, 
        academy_sample_descriptor, 
        academy_sample_descriptor_persist
);
ZEND_VERIFY_RESOURCE(fp);

再给力一些,三种类型的:

fp = (FILE*) zend_fetch_resource(
    &file_descriptor TSRMLS_CC, 
    -1,
    PHP_SAMPLE_DESCRIPTOR_RES_NAME, 
    NULL,
    3, 
    academy_sample_descriptor, 
    academy_sample_descriptor_persist,
    academy_sample_othertype
);
ZEND_VERIFY_RESOURCE(fp);

话都说到这份上了,你肯定知道四种、五种、更多种类型的应该怎么调用了。

学院君 has written 703 articles

资深PHP工程师,Laravel学院院长

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