PHP socket编程
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- 流
web开发一直是PHP的主战场，也是PHP最为被世人所熟知的一面。其实只要你愿意去发掘，PHP除了做网页在许多其他方面也是小能手。
本文简要介绍PHP的Socket编程。
准备知识
在开始之前，希望你已经知道网络编程中的一些基本概念。比如OSI七层模型、TCP/IP四层模型；TCP中的三次握手、四次挥手等。这些概念是网络编程的理论基础，实践中不一定用得到，但能让你把握整体脉络，更快的定位编程中出现的问题。
再说一下Socket。我们常说的网络编程就是指Socket编程，它既指代实现了TCP/IP协议簇的一套网络编程API，也指代一个客户端与服务器的连接。socket是插座/接口的意思，计算机中常翻译成“套接字”。实际中可以简单的认为网络编程与Socket编程等价，一个tcp连接的说法等价于一个socket。
PHP中的API
PHP中有以socket开头的一套函数API用于Socket编程，PHP5引入“流”的抽象概念后，以stream开头的一套API也可以用于网络编程。两者的主要区别是：
- 流是PHP中的核心概念，所以stream开头的函数总是可用；sockets是PHP的一个拓展，虽然大部分情况下都默认启用；
socket系列函数相对底层，而stream系列函数是高层的抽象。
如果你想体验原味Socket编程，用socket开头的API比较适合；否则建议使用流函数。有关流的知识，请参考本人之前的博文：PHP回顾之流。
接下来我们用流函数实现一个简单的TCP客户端和服务端。
客户端
客户端网络编程可以归结为简单的三步：
- 连接服务端（connect）；
- 收发消息（receive/send）；
- 关闭连接（close）。
下面是客户端的代码，发送10条消息到服务端：
// client.php
$host = "127.0.0.1";
$port = 8000;
$socket = @stream_socket_client("tcp://{$host}:{$port}", $errno, $errMsg);
if ($socket === false) {
throw new \RuntimeException("unable to create socket: " . $errMsg);
}
fwrite(STDOUT, "success connect to server: [{$host}:{$port}]...\n");
foreach (range(1, 10) as $i) {
if ($i % 5 === 0) {
$method = "broadcast";
} else {
$method = "echo";
}
$args = [sprintf("The %dth greeting", $i)];
$message = json_encode([
"method" => $method,
"args" => $args,
]);
fwrite(STDOUT, "\nsend to server: $message\n");
$len = @fwrite($socket, $message);
if ($len === 0) {
fwrite(STDOUT, "socket closed\n");
break;
}
$msg = @fread($socket, 4096);
if ($msg) {
fwrite(STDOUT, "receive server: $msg\n");
}
elseif (feof($socket)) {
fwrite(STDOUT, "socket closed\n");
break;
}
sleep(2);
}
fwrite(STDOUT, "close connnection...\n");
fclose($socket);
客户端已经搞定，接下来看服务端。
服务端
服务端编程也很简单，四步搞定：
- 监听端口（listen）；
- 接受新连接（accept）；
- 收发网络消息（receive/send）；
- 循环第二步和第三步（loop）。
由于服务端一般是长时间运行，除非重启或进程被杀死，极少会主动关闭服务。另外服务端一般需要长时间运行，所以应当运行在CLI模式下（短连的客户端代码可以在web中使用，例如代替CURL获取网页内容，连接redis/MQ等）。
我们简单的将收到的消息返回客户端（Echo服务器）：
// server.php
$port = 8000;
$socket = @stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:$port", $errno, $errMsg);
if ($socket === false) {
throw new \RuntimeException("fail to listen on port: {$port}!");
}
fwrite(STDOUT, "socket server listen on port: {$port}" . PHP_EOL);
while (true) {
$client = @stream_socket_accept($socket);
if ($client == false) {
continue;
}
fwrite(STDOUT, "client:" . (int)$client . " connnected.\n");
@fwrite($client, "Welcome aboard!\n");
while (true) {
$msg = @fread($client, 4096);
if ($msg) {
fwrite(STDOUT, "\nreceive client: $msg\n");
// echo
@fwrite($client, $msg);
} elseif (feof($client)) {
fwrite(STDOUT, "client:" . (int)$client . " disconnnect!\n");
fclose($client);
break;
}
}
}
先启动服务端脚本：php server.php， 然后打开新的窗口启动客户端：php client.php。可以看到消息被正确的发送和接收。客户端退出后，可多次重新运行客户端脚本查看效果。
并发
同时运行两个或以上客户端，会发现第二个起卡住，前面的客户端退出后才继续运行。回顾服务端代码，可以看到accept一个客户端后，服务端就专心为其服务，直到断开才服务下一个。
同时服务多个客户端，这才是我们期望的。默认情况下socket处于阻塞模式，无数据时fread函数会一直等待，导致程序不能抽身服务其他客户端。要同时服务多个客户端，第一步是设置非阻塞模式，第二步是更改轮询方式。流函数中的stream_set_blocking和stream_select两个函数是我们想要的。
将服务端的代码更改如下：
// server.php
<?php
$port = 8000;
$socket = @stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:$port", $errno, $errMsg);
if ($socket === false) {
throw new \RuntimeException("fail to listen on port: {$port}!");
}
fwrite(STDOUT, "socket server listen on port: {$port}" . PHP_EOL);
stream_set_blocking($socket, false);
$clients = [];
$changed = [];
while (true) {
checkMessage();
fwrite(STDOUT, "\nnew read message\n");
accept();
handleMessage();
}
function checkMessage() {
global $socket, $changed, $clients;
$changed = array_merge([$socket], $clients);
$write = null;
$except = null;
stream_select($changed, $write, $except, null);
}
function accept() {
global $socket, $changed, $clients;
if (!in_array($socket, $changed)) {
return;
}
while ($client = @stream_socket_accept($socket, 0)) {
$clients[] = $client;
fwrite(STDOUT, "client:" . (int)$client . " connnected.\n");
fwrite($client, "welcome aboard!");
stream_set_blocking($client, false);
$key = array_search($client, $changed);
unset($changed[$key]);
}
}
function handleMessage() {
global $changed, $clients;
foreach ($changed as $key => $client) {
while (true) {
$msg = @fread($client, 4096);
if ($msg) {
fwrite(STDOUT, "receive client " . (int)$client . " message: $msg\n");
$json = json_decode($msg, true);
if ($json) {
$method = $json["method"];
if ($method === 'echo') {
@fwrite($client, $msg);
} else {
foreach ($clients as $cl) {
@fwrite($cl, "message from " . (int)$client . ": $msg");
}
}
}
} else {
if (feof($client)) {
fwrite(STDOUT, "\nclient " . (int)$client . " closed.\n");
fclose($client);
$key = array_search($client, $clients);
unset($clients[$key]);
}
break;
}
}
}
}
然后启动服务端：php server.php，再同时启动多个客户端，或者用多个进程同时发送消息（需安装pcntl拓展）：
// client.php
for ($index = 0; $index < 10; ++ $index) {
$pid = pcntl_fork();
if ($pid < 0) {
fwrite(STDERR, "fail to fork!\n");
exit;
}
if ($pid === 0) {
connectServer(); // connectServer就是上文中client.php中的代码
exit;
}
}
// 父进程先退出，不会出现僵尸进程，忽略孤儿进程的处理
启动客户端后，可以看到服务端正确的同时处理多个客户端，这正是我们期待的。
缺憾
上述代码实现了客户端和可并发的服务端，作为演示基本够用。如果要投入到实践中使用，至少有以下方面的不足：
- 多进程/多线程/协程缺失，除处理网络消息外，不能（难）做其他逻辑业务；
- 没有协议解析，会导致多条信息合并成一条读取（或者一条信息被拆成多条）；
- select低效且有并发连接数目限制，客户端量大时需要poll/epoll等技术；
每个方面展开来说至少都是一篇长文。本文目的是简要介绍PHP中的Socket编程，行文到此已经达到目的。由于网络协议十分繁杂，想深入网络编程请参阅更多权威文档。
总结
本文基于PHP5引入的流简要介绍了PHP中的Socket编程，并给出了一个简单并发服务器的实现。文中代码仅做演示用，在生产环境中，请使用成熟的网络框架/库。
参考
- http://php.net/manual/en/book.sockets.php
- http://www.unixguide.net/network/socketfaq/
- http://php.net/manual/en/book.stream.php
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