实现原理
最后更新于：2022-04-02 06:29:47
# 实现原理
[TOC]
`Swoole-2.0`基于`setjmp`、`longjmp`实现，在进行协程切换时会自动保存`Zend VM`的内存状态（主要是`EG`全局内存和`vm stack`）。
* `setjmp`和`longjmp`主要是用于从`ZendVM`的`C`堆栈跳回`Swoole`的`C`回调函数
* 协程的创建、切换、挂起、销毁全部为内存操作，消耗是非常低的
`Swoole-4.0`重构了协程内核，实现了`C`栈和`PHP`栈同时保存和切换，支持所有`PHP`语法。
## 示例代码
~~~
$server = new Swoole\Http\Server('127.0.0.1', 9501, SWOOLE_BASE);
#1
$server->on('Request', function($request, $response) {
$mysql = new Swoole\Coroutine\MySQL();
#2
$res = $mysql->connect([
'host' => '127.0.0.1',
'user' => 'root',
'password' => 'root',
'database' => 'test',
]);
#3
if ($res == false) {
$response->end("MySQL connect fail!");
return;
}
$ret = $mysql->query('show tables', 2);
$response->end("swoole response is ok, result=".var_export($ret, true));
});
$server->start();
~~~
* 此程序仅启动了一个1个进程，就可以并发处理大量请求。
* 程序的性能基本上与异步回调方式相同，但是代码完全是同步编写的
## 运行过程
* 调用`onRequest`事件回调函数时，底层会调用C函数`coro_create`创建一个协程（#1位置），同时保存这个时间点的CPU寄存器状态和ZendVM stack信息。
* 调用`mysql->connect`时发生IO操作，底层会调用C函数`coro_save`保存当前协程的状态，包括Zend VM上下文以及协程描述信息，并调用`coro_yield`让出程序控制权，当前的请求会挂起（#2位置）
* 协程让出程序控制权后，会继续进入EventLoop处理其他事件，这时Swoole会继续去处理其他客户端发来的Request
* IO事件完成后，MySQL连接成功或失败，底层调用C函数`coro_resume`恢复对应的协程，恢复ZendVM上下文，继续向下执行PHP代码（#3位置）
* `mysql->query`的执行过程与`mysql->connect`一致，也会进行一次协程切换调度
* 所有操作完成后，调用`end`方法返回结果，并销毁此协程
## 协程开销
相比普通的异步回调程序，协程多增加额外的内存占用。
* `Swoole4`协程需要为每个并发保存`zend stack`栈内存并维护对应的虚拟机状态。如果程序并发很大可能会占用大量内存，取决于`C`函数、`PHP`函数调用栈深度
* 协程调度会增加额外的一些`CPU`开销，可使用官方提供的[协程切换压测脚本](https://github.com/swoole/swoole-src/blob/master/benchmark/co_switch.php)测试性能
在一台`ThinkPad T470p`笔记本电脑上进行测试切换`1000万次`，需要耗时`1.66s`，平均每次协程切换耗时`165ns~175ns`之间。
## 压力测试
* 环境：`Ubuntu16.04 + Core I5 4核 + 8G内存 PHP7.0.10`
* 脚本：`ab -c 100 -n 10000 http://127.0.0.1:9501/`
测试结果：
~~~
Server Software: swoole-http-server
Server Hostname: 127.0.0.1
Server Port: 9501
Document Path: /
Document Length: 348 bytes
Concurrency Level: 100
Time taken for tests: 0.883 seconds
Complete requests: 10000
Failed requests: 168
(Connect: 0, Receive: 0, Length: 168, Exceptions: 0)
Total transferred: 4914560 bytes
HTML transferred: 3424728 bytes
Requests per second: 11323.69 [#/sec] (mean)
Time per request: 8.831 [ms] (mean)
Time per request: 0.088 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 5434.67 [Kbytes/sec] received
Connection Times (ms)
min mean[+/-sd] median max
Connect: 0 0 0.2 0 2
Processing: 0 9 9.6 6 96
Waiting: 0 9 9.6 6 96
Total: 0 9 9.6 6 96
Percentage of the requests served within a certain time (ms)
50% 6
66% 9
75% 11
80% 12
90% 19
95% 27
98% 43
99% 51
100% 96 (longest request)
~~~
';