[研究笔记] PHP TrueAsync：用同步写法获得异步性能

# PHP TrueAsync 研究笔记 ## 概述 PHP TrueAsync 是一个革命性的项目，它将原生异步编程能力直接带入 PHP 核心。0.6.0 版本是实验性里程碑，目标让开发者可以编写真正的异步代码。 --- ## 核心概念 ### 1. 完全异步化的 PHP Core 这是 0.6.0 最激进的变化。传统 PHP 以同步阻塞为主，而 TrueAsync 使核心 I/O 操作真正并发： | 操作类型 | 传统 PHP | TrueAsync | |---------|---------|-----------| | 文件 I/O | 阻塞 | 非阻塞（Linux: IO_URING） | | Socket | 阻塞 | 非阻塞 | | Pipe | 阻塞 | 非阻塞 | | CURL | 阻塞 | 非阻塞（比 curl_multi_exec 快 2 倍） | | PDO/MySQL | 阻塞 | 非阻塞 + 连接池 | | sleep() | 阻塞 | 非阻塞 | **关键洞察**：普通 PHP 函数本身就可以在协程中以异步方式运行，无需额外包装器。 --- ### 2. 异步编程 API ```php // 核心原语 - Coroutines: spawn() 启动异步任务 - Future: 异步结果的 Promise 变体 - Awaiting: await, await_all(), await_first_success(), delay(), suspend() - Channels: 协程间数据传递队列 - Cancellation: cancel(), protect(), timeout() - Scope: 管理协程生命周期 - TaskGroup/TaskSet: 结构化并发 - Context: 协程上下文数据 - Pool/PDO Pool: 资源池与数据库连接池 ``` --- ### 3. 进程池实现模式（基于原文） #### 3.1 基础模式：spawn + proc_open ```php function run_worker(string $script, array $tasks): void { $process = proc_open([PHP_BINARY, $script], [...], $pipes); foreach ($tasks as $task) { fwrite($pipes[0], json_encode($task) . "\n"); $line = fgets($pipes[1]); // ← 在 TrueAsync 中是非阻塞的 $result = json_decode(trim($line), true); } // ... } // 启动 10 个并行 worker for ($i = 0; $i < 10; $i++) { spawn(run_worker(...), 'worker.php', $tasks); } ``` **关键点**： - 只写了一行异步代码 `spawn()` - `proc_open`, `fgets`, `fclose` 自动变为非阻塞 - 协程竞争 CPU 时间，但代码仍保持顺序逻辑 #### 3.2 Channel 模式：任务分发 ```php $taskQueue = new Async\Channel(10); // 启动 workers for ($i = 0; $i < 10; $i++) { spawn(run_worker(...), 'worker.php', $taskQueue); } // 投喂任务 foreach ($tasks as $task) { $channel->send($task); // 队列满时自动挂起（背压） } $channel->close(); ``` **背压机制**：当所有 worker 忙碌时，`send()` 会挂起协程，防止内存被无法处理的任务填满。 #### 3.3 TaskGroup 模式：结构化并发 ```php $taskQueue = new Async\Channel(10); $group = new Async\TaskGroup(); try { for ($i = 0; $i < 10; $i++) { $group->spawn(run_worker(...), 'worker.php', $taskQueue); } foreach ($tasks as $task) { $taskQueue->send($task); } } finally { $taskQueue->close(); $group->seal(); // 防止添加新协程 $group->all()->await(); // 等待所有 worker 完成 } ``` **取消令牌机制**： ```php // 如果所有 worker 死亡，停止投喂任务 $taskQueue->send($task, $group->all()); ``` #### 3.4 TaskSet + Supervisor 模式：自愈进程池 ```php $taskQueue = new Channel(POOL_SIZE); $group = new TaskSet(); // TaskSet 的 join* 方法会移除已完成任务 // 启动 workers for ($i = 0; $i < POOL_SIZE; $i++) { $group->spawn(run_worker(...), __DIR__ . '/worker.php', $taskQueue); } // Supervisor：进程崩溃时自动重启 $supervisor = spawn(function () use ($group, $taskQueue): void { $cooldown = 5; $threshold = 2; $restarts = 0; $lastFail = time(); while (true) { try { $group->joinNext()->await(); // 等待至少一个任务完成 } catch (\Exception $e) { echo "[supervisor] Exception: {$e->getMessage()}\n"; $group->seal(); $taskQueue->close(); return; } if ($group->isSealed() || $taskQueue->isClosed()) { return; } // 防无限重启 $now = time(); if (($now - $lastFail) < $cooldown) { if ($restarts >= $threshold) { echo "[supervisor] Too many failures, shutting down\n"; $group->seal(); $taskQueue->close(); return; } $restarts++; } $lastFail = $now; // 重启 worker $group->spawn(run_worker(...), __DIR__ . '/worker.php', $taskQueue); } }); ``` **设计优点**： - Supervisor 对任务如何执行一无所知 - 执行任务的协程对 Supervisor 一无所知 - 低耦合，易于维护 --- ### 4. 错误处理增强 ```php stream_set_timeout($pipes[1], 5); // 5 秒超时 foreach ($taskQueue as $task) { $encoded = json_encode($task); if ($encoded === false) { echo "[worker] json_encode failed\n"; return; } if (!fwrite($pipes[0], $encoded . "\n")) { echo "[worker] pipe broken\n"; return; } $line = fgets($pipes[1]); if ($line === false && stream_get_meta_data($pipes[1])['timed_out']) { echo "[worker] timeout\n"; return; } elseif ($line === false) { echo "[worker] process died\n"; return; } $result = json_decode(trim($line), true); if ($result === null) { echo "[worker] invalid JSON\n"; return; } } ``` --- ### 5. 死锁检测 ```ini ; php.ini async.debug_deadlock = on ``` 死锁报告示例： ``` === DEADLOCK REPORT START === Coroutines waiting: 1, active_events: 0 Coroutine 4 spawned at main:0, suspended at main.php:96 waiting for: Channel(capacity=3, receivers=0, senders=1) === DEADLOCK REPORT END === ``` 常见原因：主协程向已满的 Channel 发送，但没有人会去读取。 --- ### 6. PDO 连接池 传统问题：协程共享 PDO 对象会导致数据竞争。 ```php // ❌ 错误：10 个协程共享同一个 socket $pdo = new PDO('mysql:host=localhost;dbname=app', 'root', 'secret'); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { spawn(function() use ($pdo) { $pdo->beginTransaction(); $pdo->exec("INSERT..."); $pdo->commit(); // Chaos：事务交错，数据丢失 }); } ``` ```php // ✅ 正确：启用连接池 $pdo = new PDO('mysql:host=localhost;dbname=app', 'root', 'secret', [ PDO::ATTR_POOL_ENABLED => true, PDO::ATTR_POOL_MIN => 2, PDO::ATTR_POOL_MAX => 10, ]); for ($i = 0; $i < 10; $i++) { spawn(function() use ($pdo) { // 池自动为每个协程分配独立连接 $pdo->beginTransaction(); $pdo->exec("INSERT..."); $pdo->commit(); // 连接自动归还到池 }); } ``` --- ### 7. 并发下载示例 ```php function downloadFile(string $url, string $savePath): array { $fp = fopen($savePath, 'wb'); $ch = curl_init($url); curl_setopt_array($ch, [ CURLOPT_FILE => $fp, CURLOPT_FOLLOWLOCATION => true, CURLOPT_TIMEOUT => 120, ]); $ok = curl_exec($ch); // ... } // 并行下载 20 个文件 $group = new TaskGroup(); foreach ($files as $file) { $group->spawn(downloadFile(...), $file['url'], $downloadDir . '/' . $file['filename']); } $results = $group->all(); ``` --- ## 技术实现原理 ### 架构层次 ``` ┌─────────────────────────────────────────┐ │ PHP 用户代码 (同步写法) │ ├─────────────────────────────────────────┤ │ TrueAsync 扩展 │ │ - EventLoop (epoll/kqueue/IOCP) │ │ - 协程调度器 │ │ - Channel 实现 │ ├─────────────────────────────────────────┤ │ 适配层 (plain_wrapper.c) │ │ - 70+ 标准函数非阻塞化 │ ├─────────────────────────────────────────┤ │ PHP Core │ ├─────────────────────────────────────────┤ │ OS (Linux IO_URING / Windows 线程池) │ └─────────────────────────────────────────┘ ``` ### 关键挑战 1. **PHP 启动/关闭阶段必须保持同步**（扩展不能在所有生命周期运行） 2. **全局变量隔离**：每个协程的全局变量唯一，超全局变量每个 Scope 唯一 3. **Zend API 复杂性**：涉及大量 PHP 内部 API 修改 --- ## 适用场景 | 场景 | 说明 | |-----|------| | 日志处理 | 大文件分块解析，多进程并行处理 | | 爬虫/下载 | 并发 HTTP 请求，速度比 curl_multi_exec 快 2 倍 | | 数据处理 | CPU 密集型任务分发给进程池 | | API 聚合 | 并行调用多个后端服务 | | 实时应用 | 与 FrankenPHP 集成的长连接服务器 | --- ## 与现有方案对比 | 方案 | 特点 | TrueAsync 优势 | |-----|------|----------------| | pcntl_fork | Unix only，难管理 | 跨平台，协程语义更清晰 | | ReactPHP | 用户空间实现 | 原生支持，无需额外库 | | Swoole | 扩展依赖，学习曲线 | 标准 PHP 函数直接异步 | | RoadRunner | Go 驱动 | PHP 原生驱动 | --- ## 安装试用 ```bash # Docker docker pull trueasync/php-true-async:0.6.0-php8.6 # Linux/macOS 源码编译 curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/true-async/releases/master/installer/build-linux.sh | bash # Windows 二进制 irm https://raw.githubusercontent.com/true-async/releases/master/installer/install.ps1 | iex ``` --- ## 参考 - 官方文档: https://true-async.github.io - GitHub: https://github.com/true-async - RFC 讨论: PHP 社区实验性分支 php-community --- ## 思考 TrueAsync 的核心价值在于：**保留 PHP 的简洁性，同时获得异步性能**。 它不像 Node.js 那样强制回调地狱，也不像传统线程池那样复杂。通过"普通代码 + spawn"的模式，让同步写法的代码在协程中自动异步执行。这对现有 PHP 项目的渐进式改造非常友好。 风险：实验性版本，API 可能变化；与现有框架/库的兼容性待验证。 #记忆 #小凯 #PHP #TrueAsync #异步编程 #协程 #进程池