PHP内核探索:Zend引擎

Zend引擎是PHP实现的核心
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相信很多人都听说过 Zend Engine 这个名词,也有很多人知道 Zend Engine 就是 PHP 语言的核心,但若要问一句:Zend Engine 到底存在于何处?或者说,Zend Engine 究竟是在什么时候怎么发挥作用让 PHP 源码输出我们想要的东西的?

Zend引擎是PHP实现的核心,提供了语言实现上的基础设施。例如:PHP的语法实现,脚本的编译运行环境, 扩展机制以及内存管理等,当然这里的PHP指的是官方的PHP实现(除了官方的实现, 目前比较知名的有facebook的hiphop实现,不过到目前为止,PHP还没有一个标准的语言规范),而PHP则提供了请求处理和其他Web服务器的接口(SAPI)。

要理解 Zend Engine 的作用,就不能不理解为什么会出现,PHP 为什么需要 Zend Engine, Zend Engine 的出现为 PHP 解决了什么问题。PHP 发展到 3.0 版本的时候,此时 PHP 已经很普及了。“在 PHP3 的顶峰,Internet 上 10% 的 web 服务器上都安装了它”,PHP Manual 如是说。广泛的应用必然带来更高的要求。但此时的 PHP3 却有些力不从心了,这主要是因为 PHP3 采用的是边解释边执行的运行方式,运行效率很受其影响。其次,代码整体耦合度比较高,可扩展性也不够好,不利于应付各种各样需求。因此,此时在 PHP 界里已经有点中流砥柱作用的 Zeev Suraski 和 Andi Gutmans 决定重写代码以解决这两个问题。最终他们俩把该项技术的核心引擎命名为 Zend Engine,Zend 的意思即为 Zeev + Andi 。

Zend Engine 最主要的特性就是把 PHP 的边解释边执行的运行方式改为先进行预编译(Compile),然后再执行(Execute)。这两者的分开给 PHP 带来了革命性的变化:执行效率大幅提高;由于实行了功能分离,降低了模块间耦合度,可扩展性也大大增强。此时 PHP 已经能很方便的应付各种各样的 BT 需求了,而伴随 PHP 4.4.x ―可能是 PHP4 系列的最后一个分支―的发布,PHP 的大部分开发人员已经将注意力放在了 PHP5 或者 PHP6 上面,以后发布的基本上就是一些 Bug Fix Release。可以说第一代的 Zend Engine 是已经在站最后一班岗了。

2004 年 7 月,PHP 5 发布,支持 PHP5 的是 Zend Engine 2.0 版本。这个版本主要是对 PHP 的 OO 功能进行了改进(我没有提集成 SQLite、PDO 等特性是因为我们现在谈的主要是 Zend Engine 而非 PHP)。核心执行方式(非 OO 部分)较PHP4 的1.0 版本变动不大,所以 PHP5 纯粹的执行速度相对于 PHP4 没有大的提高。而预计将于本月中旬发布的 PHP 5.1 版本则会携带 Zend Engine 2.1 版本,这个版本将提供新的执行方式,执行速度也会快上许多,至少要比 PHP5.0 相对于 PHP4.x 的差别要大很多,所以,PHP 5.1 将会是一个很了很令人期待的版本。

但并非 PHP5 系列的 Zend Engine 2 就完美无缺了。前面已经提到过,Zend Engine 将代码分成编译和执行两大部分。一般情况下,我们的代码完成以后就很少再去改变了。但执行时 PHP 却不得不还得一次又一次的重复编译,这根本就是毫无必要的。而且通常情况下,编译的所花费的时间并不比执行少多少,说是五五开并不为过,因此这极大的浪费了机器的 CPU。基于 Zend Engine 3.0 的 PHP6 将试图解决这个问题。除此之外,目前的 PHP 对多字节的字符处理也是 PHP 的一大致命缺陷。这在人们联系日益国际化的今天几乎是不可忍受的。而无数人在抨击 PHP 或 比较 ASP 等同类语言时总是不可避免的要提到这一点。同时受到 IBM 方面的压力,PHP6 也将会把对多字节字符的处理提到首要日程。这在 PHP6 的 Dev 版本中已经得到体现。

目前PHP的实现和Zend引擎之间的关系非常紧密,甚至有些过于紧密了,例如很多PHP扩展都是使用的Zend API, 而Zend正是PHP语言本身的实现,PHP只是使用Zend这个内核来构建PHP语言的,而PHP扩展大都使用Zend API, 这就导致PHP的很多扩展和Zend引擎耦合在一起了,后来才有PHP核心开发者就提出将这种耦合解开的建议。

目前PHP的受欢迎程度是毋庸置疑的,但凡流行的语言通常都会出现这个语言的其他实现版本, 这在Java社区里就非常明显,目前已经有非常多基于JVM的语言了,例如IBM的Project Zero就实现了一个基于JVM的PHP实现, .NET也有类似的实现,通常他们这样做的原因无非是因为:他们喜欢这个语言,但又不想放弃原有的平台, 或者对现有的语言实现不满意,处于性能或者语言特性等(HipHop就是这样诞生的)。

很多脚本语言中都会有语言扩展机制,PHP中的扩展通常是通过Pear库或者原生扩展,在Ruby中则这两者的界限不是很明显, 他们甚至会提供两套实现,一个主要用于在无法编译的环境下使用,而在合适的环境则使用C实现的原生扩展, 这样在效率和可移植性上都可以保证。目前这些为PHP编写的扩展通常都无法在其他的PHP实现中实现重用, HipHop的做法是对最为流行的扩展进行重写。如果PHP扩展能和ZendAPI解耦,则在其他语言中重用这些扩展也将更加容易了。

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. PHP内核探索:从SAPI接口开始
  2. PHP内核探索:一次请求的开始与结束
  3. PHP内核探索:一次请求生命周期
  4. PHP内核探索:单进程SAPI生命周期
  5. PHP内核探索:多进程/线程的SAPI生命周期
  6. PHP内核探索:Zend引擎
  7. PHP内核探索:再次探讨SAPI
  8. PHP内核探索:Apache模块介绍
  9. PHP内核探索:通过mod_php5支持PHP
  10. PHP内核探索:Apache运行与钩子函数
  11. PHP内核探索:嵌入式PHP
  12. PHP内核探索:PHP的FastCGI
  13. PHP内核探索:如何执行PHP脚本
  14. PHP内核探索:PHP脚本的执行细节
  15. PHP内核探索:操作码OpCode
  16. PHP内核探索:PHP里的opcode
  17. PHP内核探索:解释器的执行过程
  18. PHP内核探索:变量概述
  19. PHP内核探索:变量存储与类型
  20. PHP内核探索:PHP中的哈希表
  21. PHP内核探索:理解Zend里的哈希表
  22. PHP内核探索:PHP哈希算法设计
  23. PHP内核探索:翻译一篇HashTables文章
  24. PHP内核探索:哈希碰撞攻击是什么?
  25. PHP内核探索:常量的实现
  26. PHP内核探索:变量的存储
  27. PHP内核探索:变量的类型
  28. PHP内核探索:变量的值操作
  29. PHP内核探索:变量的创建
  30. PHP内核探索:预定义变量
  31. PHP内核探索:变量的检索
  32. PHP内核探索:变量的类型转换
  33. PHP内核探索:弱类型变量的实现
  34. PHP内核探索:静态变量的实现
  35. PHP内核探索:变量类型提示
  36. PHP内核探索:变量的生命周期
  37. PHP内核探索:变量赋值与销毁
  38. PHP内核探索:变量作用域
  39. PHP内核探索:诡异的变量名
  40. PHP内核探索:变量的value和type存储
  41. PHP内核探索:全局变量Global
  42. PHP内核探索:变量类型的转换
  43. PHP内核探索:内存管理开篇
  44. PHP内核探索:Zend内存管理器
  45. PHP内核探索:PHP的内存管理
  46. PHP内核探索:内存的申请与销毁
  47. PHP内核探索:引用计数与写时复制
  48. PHP内核探索:PHP5.3的垃圾回收机制
  49. PHP内核探索:内存管理中的cache
  50. PHP内核探索:写时复制COW机制
  51. PHP内核探索:数组与链表
  52. PHP内核探索:使用哈希表API
  53. PHP内核探索:数组操作
  54. PHP内核探索:数组源码分析
  55. PHP内核探索:函数的分类
  56. PHP内核探索:函数的内部结构
  57. PHP内核探索:函数结构转换
  58. PHP内核探索:定义函数的过程
  59. PHP内核探索:函数的参数
  60. PHP内核探索:zend_parse_parameters函数
  61. PHP内核探索:函数返回值
  62. PHP内核探索:形参return value
  63. PHP内核探索:函数调用与执行
  64. PHP内核探索:引用与函数执行
  65. PHP内核探索:匿名函数及闭包
  66. PHP内核探索:面向对象开篇
  67. PHP内核探索:类的结构和实现
  68. PHP内核探索:类的成员变量
  69. PHP内核探索:类的成员方法
  70. PHP内核探索:类的原型zend_class_entry
  71. PHP内核探索:类的定义
  72. PHP内核探索:访问控制
  73. PHP内核探索:继承,多态与抽象类
  74. PHP内核探索:魔术函数与延迟绑定
  75. PHP内核探索:保留类与特殊类
  76. PHP内核探索:对象
  77. PHP内核探索:创建对象实例
  78. PHP内核探索:对象属性读写
  79. PHP内核探索:命名空间
  80. PHP内核探索:定义接口
  81. PHP内核探索:继承与实现接口
  82. PHP内核探索:资源resource类型
  83. PHP内核探索:Zend虚拟机
  84. PHP内核探索:虚拟机的词法解析
  85. PHP内核探索:虚拟机的语法分析
  86. PHP内核探索:中间代码opcode的执行
  87. PHP内核探索:代码的加密与解密
  88. PHP内核探索:zend_execute的具体执行过程
  89. PHP内核探索:变量的引用与计数规则
  90. PHP内核探索:新垃圾回收机制说明

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