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PHP实现系统编程（一） --- 网络Socket及IO多路复用【网摘】

发布时间：2023-09-06 01:48责任编辑：傅花花关键词：PHP

一直以来，PHP很少用于socket编程，毕竟是一门脚本语言，效率会成为很大的瓶颈，但是不能说PHP就无法用于socket编程，也不能说PHP的socket编程性能就有多么的低，例如知名的一款PHP socket框架 workerman 就是用纯PHP开发，并且号称拥有优秀的性能，所以在某些环境下，PHP socket编程或许也可一展身手。

PHP提供了一系列类似C语言socket库中的方法供我们调用：

[php]view plaincopy
  1. socket_accept—Acceptsaconnectiononasocket
  2. socket_bind—给套接字绑定名字
  3. socket_clear_error—清除套接字或者最后的错误代码上的错误
  4. socket_close—关闭套接字资源
  5. socket_cmsg_space—Calculatemessagebuffersize
  6. socket_connect—开启一个套接字连接
  7. socket_create_listen—Opensasocketonporttoacceptconnections
  8. socket_create_pair—Createsapairofindistinguishablesocketsandstorestheminanarray
  9. socket_create—创建一个套接字（通讯节点）
  10. socket_get_option—Getssocketoptionsforthesocket
  11. socket_getopt—别名socket_get_option
  12. socket_getpeername—Queriestheremotesideofthegivensocketwhichmayeitherresultinhost/portorinaUnixfilesystempath,dependentonitstype
  13. socket_getsockname—Queriesthelocalsideofthegivensocketwhichmayeitherresultinhost/portorinaUnixfilesystempath,dependentonitstype
  14. socket_import_stream—Importastream
  15. socket_last_error—Returnsthelasterroronthesocket
  16. socket_listen—Listensforaconnectiononasocket
  17. socket_read—Readsamaximumoflengthbytesfromasocket
  18. socket_recv—从已连接的socket接收数据
  19. socket_recvfrom—Receivesdatafromasocketwhetherornotitisconnection-oriented
  20. socket_recvmsg—Readamessage
  21. socket_select—Runstheselect()systemcallonthegivenarraysofsocketswithaspecifiedtimeout
  22. socket_send—Sendsdatatoaconnectedsocket
  23. socket_sendmsg—Sendamessage
  24. socket_sendto—Sendsamessagetoasocket,whetheritisconnectedornot
  25. socket_set_block—Setsblockingmodeonasocketresource
  26. socket_set_nonblock—Setsnonblockingmodeforfiledescriptorfd
  27. socket_set_option—Setssocketoptionsforthesocket
  28. socket_setopt—别名socket_set_option
  29. socket_shutdown—Shutsdownasocketforreceiving,sending,orboth
  30. socket_strerror—Returnastringdescribingasocketerror
  31. socket_write—Writetoasocket

更多细节请查看PHP关于socket的官方手册：http://php.net/manual/zh/book.sockets.php

一个简单的TCP服务器示例 phptcpserver.php ：

[php]view plaincopy
  1. <?php
  3. $servsock=socket_create(AF_INET,SOCK_STREAM,SOL_TCP);//创建一个socket
  5. if(FALSE===$servsock)
  6. {
  7. $errcode=socket_last_error();
  8. fwrite(STDERR,"socketcreatefail:".socket_strerror($errcode));
  9. exit(-1);
  10. }
  12. if(!socket_bind($servsock,‘127.0.0.1‘,8888))//绑定ip地址及端口
  13. {
  14. $errcode=socket_last_error();
  15. fwrite(STDERR,"socketbindfail:".socket_strerror($errcode));
  16. exit(-1);
  17. }
  19. if(!socket_listen($servsock,128))//允许多少个客户端来排队连接
  20. {
  21. $errcode=socket_last_error();
  22. fwrite(STDERR,"socketlistenfail:".socket_strerror($errcode));
  23. exit(-1);
  24. }
  26. while(1)
  27. {
  28. $connsock=socket_accept($servsock);//响应客户端连接
  30. if($connsock)
  31. {
  32. socket_getpeername($connsock,$addr,$port);//获取连接过来的客户端ip地址和端口
  33. echo"clientconnectserver:ip=$addr,port=$port".PHP_EOL;
  35. while(1)
  36. {
  37. $data=socket_read($connsock,1024);//从客户端读取数据
  39. if($data===‘‘)
  40. {
  41. //客户端关闭
  42. socket_close($connsock);
  43. echo"clientclose".PHP_EOL;
  44. break;
  45. }
  46. else
  47. {
  48. echo‘readfromclient:‘.$data;
  49. $data=strtoupper($data);//小写转大写
  50. socket_write($connsock,$data);//回写给客户端
  51. }
  52. }
  53. }
  54. }
  56. socket_close($servsock);


启动这个服务器：

[plain]view plaincopy
  1. [root@localhostphp]#phpphptcpserver.php


之后这个服务器就一直阻塞在那里，等待客户端连接，我们可以用telnet命令来连接这个服务器：

[plain]view plaincopy
  1. [root@localhost~]#telnet127.0.0.18888
  2. Trying127.0.0.1...
  3. Connectedto127.0.0.1.
  4. Escapecharacteris‘^]‘.
  5. ajdjajksdjkaasda
  6. AJDJAJKSDJKAASDA
  7. 小明哈哈哈哈笑
  8. 小明哈哈哈哈笑
  9. 小明efsfsdfsdf了哈哈哈
  10. 小明EFSFSDFSDF了哈哈哈


服务器端输出：

[plain]view plaincopy
  1. [root@localhostphp]#phpphptcpserver.php
  2. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50398
  3. readfromclient:ajdjajksdjkaasda
  4. readfromclient:小明哈哈哈哈笑
  5. readfromclient:小明efsfsdfsdf了哈哈哈


但其实这个TCP服务器是有问题的，它一次只能处理一个客户端的连接和数据传输，这是因为一个客户端连接过来后，进程就去负责读写客户端数据，当客户端没有传输数据时，tcp服务器处于阻塞读状态，无法再去处理其他客户端的连接请求了。

解决这个问题的一种办法就是采用多进程服务器，每当一个客户端连接过来，服务器开一个子进程专门负责和该客户端的数据传输，而父进程仍然监听客户端的连接，但是起进程的代价是昂贵的，这种多进程的机制显然支撑不了高并发。

另一个解决办法是使用IO多路复用机制，使用php为我们提供的socket_select方法，它可以监听多个socket，如果其中某个socket状态发生了改变，比如从不可写变为可写，从不可读变为可读，这个方法就会返回，从而我们就可以去处理这个socket，处理客户端的连接，读写操作等等。来看php文档中对该socket_select的介绍

[plain]view plaincopy
  1. socket_select—Runstheselect()systemcallonthegivenarraysofsocketswithaspecifiedtimeout
  3. 说明
  5. intsocket_select(array&$read,array&$write,array&$except,int$tv_sec[,int$tv_usec=0])
  7. socket_select()acceptsarraysofsocketsandwaitsforthemtochangestatus.
  8. ThosecomingwithBSDsocketsbackgroundwillrecognizethatthosesocketresourcearraysareinfacttheso-calledfiledescriptorsets.
  9. Threeindependentarraysofsocketresourcesarewatched.
  11. Youdonotneedtopasseveryarraytosocket_select().YoucanleaveitoutanduseanemptyarrayorNULLinstead.
  12. Alsodonotforgetthatthosearraysarepassedbyreferenceandwillbemodifiedaftersocket_select()returns.
  14. 返回值
  16. Onsuccesssocket_select()returnsthenumberofsocketresourcescontainedinthemodifiedarrays,
  17. whichmaybezeroifthetimeoutexpiresbeforeanythinginterestinghappens.
  18. OnerrorFALSEisreturned.Theerrorcodecanberetrievedwithsocket_last_error().

大致翻译下：

socket_select --- 在给定的几组sockets数组上执行 select() 系统调用，用一个特定的超时时间。

socket_select() 接受几组sockets数组作为参数，并监听它们改变状态

这些基于BSD scokets 能够识别这些socket资源数组实际上就是文件描述符集合。

三个不同的socket资源数组会被同时监听。

这三个资源数组不是必传的， 你可以用一个空数组或者NULL作为参数，不要忘记这三个数组是以引用的方式传递的，在函数返回后，这些数组的值会被改变。

socket_select() 调用成功返回这三个数组中状态改变的socket总数，如果设置了timeout，并且在timeout之内都没有状态改变，这个函数将返回0，出错时返回FALSE，可以用socket_last_error() 获取错误码。

使用 socket_select() 优化之前 phptcpserver.php 代码：

[php]view plaincopy
  1. <?php
  3. $servsock=socket_create(AF_INET,SOCK_STREAM,SOL_TCP);//创建一个socket
  5. if(FALSE===$servsock)
  6. {
  7. $errcode=socket_last_error();
  8. fwrite(STDERR,"socketcreatefail:".socket_strerror($errcode));
  9. exit(-1);
  10. }
  12. if(!socket_bind($servsock,‘127.0.0.1‘,8888))//绑定ip地址及端口
  13. {
  14. $errcode=socket_last_error();
  15. fwrite(STDERR,"socketbindfail:".socket_strerror($errcode));
  16. exit(-1);
  17. }
  19. if(!socket_listen($servsock,128))//允许多少个客户端来排队连接
  20. {
  21. $errcode=socket_last_error();
  22. fwrite(STDERR,"socketlistenfail:".socket_strerror($errcode));
  23. exit(-1);
  24. }
  26. /*要监听的三个sockets数组*/
  27. $read_socks=array();
  28. $write_socks=array();
  29. $except_socks=NULL;//注意php不支持直接将NULL作为引用传参，所以这里定义一个变量
  31. $read_socks[]=$servsock;
  33. while(1)
  34. {
  35. /*这两个数组会被改变，所以用两个临时变量*/
  36. $tmp_reads=$read_socks;
  37. $tmp_writes=$write_socks;
  39. //intsocket_select(array&$read,array&$write,array&$except,int$tv_sec[,int$tv_usec=0])
  40. $count=socket_select($tmp_reads,$tmp_writes,$except_socks,NULL);//timeout传NULL会一直阻塞直到有结果返回
  42. foreach($tmp_readsas$read)
  43. {
  45. if($read==$servsock)
  46. {
  47. /*有新的客户端连接请求*/
  48. $connsock=socket_accept($servsock);//响应客户端连接，此时不会造成阻塞
  49. if($connsock)
  50. {
  51. socket_getpeername($connsock,$addr,$port);//获取远程客户端ip地址和端口
  52. echo"clientconnectserver:ip=$addr,port=$port".PHP_EOL;
  54. //把新的连接sokcet加入监听
  55. $read_socks[]=$connsock;
  56. $write_socks[]=$connsock;
  57. }
  58. }
  59. else
  60. {
  61. /*客户端传输数据*/
  62. $data=socket_read($read,1024);//从客户端读取数据,此时一定会读到数组而不会产生阻塞
  64. if($data===‘‘)
  65. {
  66. //移除对该socket监听
  67. foreach($read_socksas$key=>$val)
  68. {
  69. if($val==$read)unset($read_socks[$key]);
  70. }
  72. foreach($write_socksas$key=>$val)
  73. {
  74. if($val==$read)unset($write_socks[$key]);
  75. }
  78. socket_close($read);
  79. echo"clientclose".PHP_EOL;
  81. }
  82. else
  83. {
  84. socket_getpeername($read,$addr,$port);//获取远程客户端ip地址和端口
  86. echo"readfromclient#$addr:$port#".$data;
  88. $data=strtoupper($data);//小写转大写
  90. if(in_array($read,$tmp_writes))
  91. {
  92. //如果该客户端可写把数据回写给客户端
  93. socket_write($read,$data);
  94. }
  95. }
  96. }
  97. }
  98. }
  100. socket_close($servsock);



现在，这个TCP服务器就可以支持多个客户端同时连接了，测试下：

服务器端：

[plain]view plaincopy
  1. [root@localhostphp]#phpphptcpserver.php
  2. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50404
  3. readfromclient#127.0.0.1:50404#helloworld
  4. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50406
  5. readfromclient#127.0.0.1:50406#helloPHP
  6. readfromclient#127.0.0.1:50404#少小离家老大回
  7. readfromclient#127.0.0.1:50404#乡音无改鬓毛衰
  8. readfromclient#127.0.0.1:50406#老当益壮，
  9. readfromclient#127.0.0.1:50406#宁移白首之心
  10. clientclose
  11. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50408


稍微修改上面的服务器返回，返回一个HTTP响应头和一个简单的HTTP响应体，这样就摇身一变成了一个最简单的HTTP服务器：

[php]view plaincopy
  1. ....
  3. socket_getpeername($read,$addr,$port);//获取远程客户端ip地址和端口
  5. echo"readfromclient#$addr:$port#".$data;
  7. $response="HTTP/1.1200OK\r\n";
  8. $response.="Server:phphttpserver\r\n";
  9. $response.="Content-Type:text/html\r\n";
  10. $response.="Content-Length:3\r\n\r\n";
  11. $response.="ok\n";
  13. if(in_array($read,$tmp_writes))
  14. {
  15. //如果该客户端可写把数据回写给客户端
  16. socket_write($read,$response);
  17. socket_close($read);//主动关闭客户端连接
  18. //移除对该socket监听
  19. foreach($read_socksas$key=>$val)
  20. {
  21. if($val==$read)unset($read_socks[$key]);
  22. }
  24. foreach($write_socksas$key=>$val)
  25. {
  26. if($val==$read)unset($write_socks[$key]);
  27. }
  28. }
  29. .....




重新启动该服务器，用curl模拟请求该http服务器：

[plain]view plaincopy
  1. [root@localhost~]#curl‘127.0.0.1:8888‘
  2. ok
  3. [root@localhost~]#curl‘127.0.0.1:8888‘
  4. ok
  5. [root@localhost~]#curl‘127.0.0.1:8888‘
  6. ok
  7. [root@localhost~]#curl‘127.0.0.1:8888‘
  8. ok
  9. [root@localhost~]#curl‘127.0.0.1:8888‘
  10. ok
  11. [root@localhost~]#


服务器端输出：

[plain]view plaincopy
  1. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50450
  2. readfromclient#127.0.0.1:50450#GET/HTTP/1.1
  3. User-Agent:curl/7.19.7(x86_64-redhat-linux-gnu)libcurl/7.19.7NSS/3.27.1zlib/1.2.3libidn/1.18libssh2/1.4.2
  4. Host:127.0.0.1:8888
  5. Accept:*/*
  7. clientclose
  8. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50452
  9. readfromclient#127.0.0.1:50452#GET/HTTP/1.1
  10. User-Agent:curl/7.19.7(x86_64-redhat-linux-gnu)libcurl/7.19.7NSS/3.27.1zlib/1.2.3libidn/1.18libssh2/1.4.2
  11. Host:127.0.0.1:8888
  12. Accept:*/*
  14. clientclose
  15. clientconnectserver:ip=127.0.0.1,port=50454
  16. readfromclient#127.0.0.1:50454#GET/HTTP/1.1
  17. User-Agent:curl/7.19.7(x86_64-redhat-linux-gnu)libcurl/7.19.7NSS/3.27.1zlib/1.2.3libidn/1.18libssh2/1.4.2

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