什么是異步編程？

當(dāng)使用PHP編寫(xiě)的應(yīng)用程序I/O任務(wù)時(shí)，程序會(huì)在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)之前，一定要等待之前的任務(wù)完成，這時(shí)CPU會(huì)有很多時(shí)間處于空閑狀態(tài)，這不僅會(huì)降低應(yīng)用程序性能，還會(huì)降低硬件利用率。比如，當(dāng)程序需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取大量的數(shù)據(jù)時(shí)，由于需要等待I/O操作完成，程序的執(zhí)行速度會(huì)非常緩慢。

因此，我們通過(guò)事件庫(kù)，在程序執(zhí)行的過(guò)程中，不需要等待某個(gè)任務(wù)完成才能執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。這種編程模式可以極大地提高程序的效率和響應(yīng)速度，尤其在處理復(fù)雜的I/O操作時(shí)表現(xiàn)得更為出色，而這就是異步編程。

Amphp

Amphp/Amp 是一個(gè)輕量級(jí)、高效的PHP異步庫(kù)，為開(kāi)發(fā)人員提供了一種處理I/O密集型任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)操作的新方式。它基于coroutine（協(xié)程）模型，讓你能夠編寫(xiě)出并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)，從而最大化服務(wù)器資源利用率，提高應(yīng)用性能。

核心技術(shù)

Amp的核心是它的事件循環(huán)和coroutine（協(xié)程）支持。事件循環(huán)監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)級(jí)別的事件，如文件描述符的狀態(tài)變化或定時(shí)器觸發(fā)，而coroutine則允許代碼在不阻塞主線(xiàn)程的情況下進(jìn)行暫停和恢復(fù)。這種設(shè)計(jì)使得開(kāi)發(fā)者可以以同步代碼的風(fēng)格編寫(xiě)異步程序，降低了異步編程的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)。

此外，Amp還提供了Promise/Try機(jī)制，這是一套處理異步操作成功與失敗的工具。通過(guò)Promise對(duì)象，你可以輕松地鏈?zhǔn)教幚懋惒讲僮鳎?yōu)雅地處理錯(cuò)誤。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 網(wǎng)絡(luò)I/O： Amp非常適合處理大量HTTP請(qǐng)求、TCP連接或其他網(wǎng)絡(luò)通信，如：Websocket。它可以并行處理這些連接，顯著提升Web服務(wù)的吞吐量。
• 數(shù)據(jù)庫(kù)交互： 異步數(shù)據(jù)庫(kù)操作可以大大提高數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入的速度，尤其是在需要處理多個(gè)查詢(xún)時(shí)。
• 文件系統(tǒng)操作： 讀寫(xiě)大文件或者遍歷大量目錄時(shí)，Amp可以通過(guò)異步操作避免阻塞主線(xiàn)程。
• 后臺(tái)任務(wù)： 對(duì)于耗時(shí)較長(zhǎng)的后臺(tái)任務(wù)，如數(shù)據(jù)處理、爬蟲(chóng)或批量更新，Amp可以實(shí)現(xiàn)更快的執(zhí)行速度。

AMPHP是一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的PHP庫(kù)集合，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了纖程和并發(fā)性。amphp/amp專(zhuān)門(mén)提供了future和cancellation作為異步編程的基本原語(yǔ)。我們現(xiàn)在使用Revolt，而不是使用amphp/amp發(fā)布事件循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

PHP大量使用PHP 8.1附帶的纖程來(lái)編寫(xiě)異步代碼，就像同步、阻塞代碼一樣。與早期版本相比，不需要基于生成器的協(xié)程或回調(diào)。與線(xiàn)程類(lèi)似，每個(gè)纖程都有自己的調(diào)用堆棧，但纖程由事件循環(huán)協(xié)同調(diào)度。使用Amp\async()并發(fā)運(yùn)行。

動(dòng)機(jī)

傳統(tǒng)上，PHP遵循順序執(zhí)行模型。PHP引擎按順序一行接一行地執(zhí)行。然而，程序通常由多個(gè)獨(dú)立的子程序組成，這些子程序可以同時(shí)執(zhí)行。

如果查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，則以阻塞方式發(fā)送查詢(xún)并等待數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的響應(yīng)。一旦你有了答案，你就可以開(kāi)始做下一件事。我們可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)，或者對(duì)一個(gè)API執(zhí)行HTTP調(diào)用，而不是坐在那里什么也不做。讓我們利用我們通?；ㄔ诘却齀/O上的時(shí)間！

Revolt允許這樣的并發(fā)I/O操作。我們通過(guò)避免回調(diào)來(lái)保持低認(rèn)知負(fù)荷。我們的API可以像任何其他庫(kù)一樣使用，除了它們也可以并發(fā)工作，因?yàn)槲覀冊(cè)诤笈_(tái)使用了非阻塞I/O。使用Amp\async()并發(fā)運(yùn)行，并在需要時(shí)使用Future::await()等。

多年來(lái)，在PHP中實(shí)現(xiàn)并發(fā)的技術(shù)有很多，例如PHP 5中的回調(diào)和生成器。這些方法都有“你的函數(shù)是什么顏色”的問(wèn)題，我們通過(guò)PHP 8.1中的Fibers解決了這個(gè)問(wèn)題。它們?cè)试S多個(gè)獨(dú)立調(diào)用堆棧的并發(fā)性。

纖程由事件循環(huán)協(xié)同調(diào)度，這就是為什么它們也被稱(chēng)為協(xié)程。重要的是要理解，在任何給定的時(shí)間只有一個(gè)協(xié)程在運(yùn)行，所有其他協(xié)程在此期間暫停。

你可以將協(xié)程比作一臺(tái)使用單個(gè)CPU內(nèi)核運(yùn)行多個(gè)程序的計(jì)算機(jī)。每個(gè)程序都有一個(gè)執(zhí)行時(shí)間段。然而，協(xié)程并不是搶占式的。他們沒(méi)有固定的時(shí)間。他們必須主動(dòng)給予事件循環(huán)的控制權(quán)。

任何阻塞I/O函數(shù)在等待I/O時(shí)阻塞整個(gè)進(jìn)程。你會(huì)想要避開(kāi)他們。如果你還沒(méi)有閱讀安裝指南，可以看看Hello World示例，它演示了阻塞函數(shù)的效果。AMPHP提供的庫(kù)避免了I/O阻塞。

安裝

此包可以作為Composer依賴(lài)項(xiàng)安裝。

composer require amphp/amp

如果您使用這個(gè)庫(kù)，很可能希望使用Revolt來(lái)調(diào)度事件，您應(yīng)該單獨(dú)要求Revolt，即使它是作為依賴(lài)項(xiàng)自動(dòng)安裝的。

composer require revolt/event-loop

這些包為PHP中的異步/并發(fā)應(yīng)用程序提供了基本的構(gòu)建塊。我們提供了很多建立在這些基礎(chǔ)上的軟件包。

例如以下

• amphp/byte-stream提供流抽象
• amphp/socket為UDP和TCP（包括TLS）提供套
• amphp/parallel提供并行處理以利用多個(gè)CPU內(nèi)核并卸載阻塞操作
• amphp/http-client提供HTTP/1.1和HTTP/2客戶(hù)端
• amphp/http-server提供HTTP/1.1和HTTP/2應(yīng)用服務(wù)器
• amphp/mysql和amphp/postgres用于非阻塞數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)

要求

此軟件包需要PHP 8.1或更高版本。無(wú)需擴(kuò)展！僅當(dāng)應(yīng)用需要大量并發(fā)套接字連接時(shí)才需要擴(kuò)展，通常此限制配置為最多1024個(gè)文件描述符。

使用

協(xié)程

協(xié)同程序是可中斷的功能。在PHP中，它們可以使用纖程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

以前版本的JavaScript使用生成器來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的目的，但是纖程可以在調(diào)用堆棧中的任何地方中斷，這使得以前的樣板文件（如Amp\call()）變得不必要。

在任何給定的時(shí)間，只有一個(gè)纖程在運(yùn)行。當(dāng)協(xié)程掛起時(shí)，協(xié)程的執(zhí)行會(huì)暫時(shí)中斷，允許其他任務(wù)運(yùn)行。一旦計(jì)時(shí)器到期，流操作可能，或任何等待的Future完成，執(zhí)行將恢復(fù)。

協(xié)同程序的低級(jí)掛起和恢復(fù)由Revolt的SuspensionAPI處理。

<?php

require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

use Revolt\EventLoop;

$suspension = EventLoop::getSuspension();

EventLoop::delay(5, function () use ($suspension): void {
    print '++ Executing callback created by EventLoop::delay()' . PHP_EOL;

    $suspension->resume(null);
});

print '++ Suspending to event loop...' . PHP_EOL;

$suspension->suspend();

print '++ Script end' . PHP_EOL;

在Revolt事件循環(huán)上注冊(cè)的回調(diào)會(huì)自動(dòng)作為協(xié)程運(yùn)行，掛起它們是安全的。除了事件循環(huán)API，Amp\async()還可以用來(lái)啟動(dòng)獨(dú)立的調(diào)用棧。

<?php

use function Amp\delay;

require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

Amp\async(function () {
    print '++ Executing callback passed to async()' . PHP_EOL;

    delay(3);

    print '++ Finished callback passed to async()' . PHP_EOL;
});

print '++ Suspending to event loop...' . PHP_EOL;
delay(5);

print '++ Script end' . PHP_EOL;