關(guān)鍵要點

• 避免在 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用 pthreads： 由于安全性和可擴(kuò)展性問題，不應(yīng)在 FCGI 等 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用 pthreads，因為它在這些環(huán)境中無法有效處理多個線程。
• 將 pthreads 用于一次性任務(wù)或 IO 綁定操作： 對于執(zhí)行一次或需要大量 IO 操作的任務(wù)，使用 pthreads 可以幫助卸載主執(zhí)行線程，并通過在單獨的線程中處理這些操作來提高性能。
• 回收線程以優(yōu)化資源： 為每個任務(wù)創(chuàng)建新線程可能會占用大量資源；相反，請通過 Worker 或 Pool 類重用線程，以便更有效地管理和執(zhí)行多個任務(wù)。
• 了解 pthreads 的不變性和 Volatile 類： 默認(rèn)情況下，擴(kuò)展 Threaded 的對象的屬性是不可變的，以避免性能下降，Volatile 類提供了一種在必要時管理可變屬性的方法。
• 實現(xiàn)同步以確保線程安全： 為防止數(shù)據(jù)損壞并確保多個線程訪問共享資源時的一致結(jié)果，請使用 pthreads 提供的同步方法，例如同步塊和 Threaded::wait 和 Threaded::notify 等方法。

本文由 Christopher Pitt 審核。感謝所有 SitePoint 的同行評審者，使 SitePoint 內(nèi)容盡善盡美！

PHP 開發(fā)人員似乎很少利用并行性。同步、單線程編程的簡單性確實很有吸引力，但有時使用一點并發(fā)可以帶來一些值得的性能改進(jìn)。

在本文中，我們將了解如何使用 pthreads 擴(kuò)展在 PHP 中實現(xiàn)線程。這需要安裝 ZTS（Zend 線程安全）版本的 PHP 7.x，以及安裝 pthreads v3。（在撰寫本文時，PHP 7.1 用戶需要從 pthreads repo 的主分支安裝——請參閱本文的部分內(nèi)容，了解有關(guān)從源代碼構(gòu)建第三方擴(kuò)展的詳細(xì)信息。）

快速說明一下：pthreads v2 面向 PHP 5.x，不再受支持；pthreads v3 面向 PHP 7.x，并且正在積極開發(fā)中。

非常感謝 Joe Watkins（pthreads 擴(kuò)展的創(chuàng)建者）校對并幫助改進(jìn)我的文章！

何時不使用 pthreads

在我們繼續(xù)之前，我想首先說明您不應(yīng)該（以及不能）使用 pthreads 擴(kuò)展的情況。

在 pthreads v2 中，建議不要在 Web 服務(wù)器環(huán)境（即在 FCGI 進(jìn)程中）中使用 pthreads。從 pthreads v3 開始，此建議已強(qiáng)制執(zhí)行，因此您現(xiàn)在根本不能在 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用它。這樣做的兩個主要原因是：

1. 在這種環(huán)境中使用多個線程是不安全的（會導(dǎo)致 IO 問題以及其他問題）。
2. 它不能很好地擴(kuò)展。例如，假設(shè)您有一個 PHP 腳本，該腳本創(chuàng)建一個新線程來處理一些工作，并且該腳本在每次請求時都會執(zhí)行。這意味著對于每個請求，您的應(yīng)用程序都會創(chuàng)建一個新線程（這是一個 1:1 線程模型——一個線程對應(yīng)一個請求）。如果您的應(yīng)用程序每秒處理 1,000 個請求，那么它每秒就會創(chuàng)建 1,000 個線程！在單個機(jī)器上運(yùn)行如此多的線程很快就會使它不堪重負(fù)，并且隨著請求速率的增加，這個問題只會加劇。

這就是為什么線程在這種環(huán)境中不是一個好解決方案的原因。如果您正在尋找線程作為 IO 阻塞任務(wù)（例如執(zhí)行 HTTP 請求）的解決方案，那么讓我向您指出異步編程的方向，這可以通過 Amp 等框架實現(xiàn)。SitePoint 發(fā)布了一些關(guān)于此主題的優(yōu)秀文章（例如編寫異步庫和使用 PHP 修改 Minecraft），如果您感興趣的話。

言歸正傳，讓我們直接進(jìn)入正題！

處理一次性任務(wù)

有時，您希望以多線程方式處理一次性任務(wù)（例如執(zhí)行一些 IO 綁定任務(wù)）。在這種情況下，可以使用 Thread 類創(chuàng)建一個新線程，并在該單獨線程中運(yùn)行一些工作單元。

例如：

$task = new class extends Thread {
    private $response;

    public function run()
    {
        $content = file_get_contents("http://google.com");
        preg_match("~<title>(.+)</title>~", $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
};

$task->start() && $task->join();

var_dump($task->response); // string(6) "Google"

在上面，run 方法是我們將在新線程中執(zhí)行的工作單元。調(diào)用 Thread::start 時，將生成新線程并調(diào)用 run 方法。然后，我們將生成的線程重新加入到主線程（通過 Thread::join），這將阻塞，直到單獨的線程完成執(zhí)行。這確保了在嘗試輸出結(jié)果（存儲在 $task->response 中）之前，任務(wù)已完成執(zhí)行。

將線程相關(guān)的邏輯（包括必須定義 run 方法）污染類的職責(zé)可能并不理想。我們可以通過讓它們擴(kuò)展 Threaded 類來隔離這些類，然后可以在其他線程中運(yùn)行它們：

class Task extends Threaded
{
    public $response;

    public function someWork()
    {
        $content = file_get_contents('http://google.com');
        preg_match('~<title>(.+)</title>~', $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
}

$task = new Task;

$thread = new class($task) extends Thread {
    private $task;

    public function __construct(Threaded $task)
    {
        $this->task = $task;
    }

    public function run()
    {
        $this->task->someWork();
    }
};

$thread->start() && $thread->join();

var_dump($task->response);

任何需要在單獨線程中運(yùn)行的類都必須以某種方式擴(kuò)展 Threaded 類。這是因為它提供了在不同線程中運(yùn)行的必要能力，以及提供隱式安全性和有用的接口（用于資源同步等）。

讓我們快速了解一下 pthreads 公開的類層次結(jié)構(gòu)：

<code>Threaded (implements Traversable, Collectable)
    Thread
        Worker
    Volatile
Pool</code>

我們已經(jīng)了解了 Thread 和 Threaded 類的基礎(chǔ)知識，所以現(xiàn)在讓我們來看看其余三個（Worker、Volatile 和 Pool）。

回收線程

為每個要并行化的任務(wù)啟動一個新線程是昂貴的。這是因為為了在 PHP 內(nèi)部實現(xiàn)線程，pthreads 必須采用共享無狀態(tài)架構(gòu)。這意味著必須為創(chuàng)建的每個線程復(fù)制 PHP 解釋器當(dāng)前實例的整個執(zhí)行上下文（包括每個類、接口、特性和函數(shù)）。由于這會造成明顯的性能影響，因此應(yīng)始終盡可能重用線程?？梢酝ㄟ^兩種方式重用線程：使用 Worker 或使用 Pool。

Worker 類用于在另一個線程中同步執(zhí)行一系列任務(wù)。這是通過創(chuàng)建一個新的 Worker 實例（這將創(chuàng)建一個新線程），然后將任務(wù)堆疊到該單獨線程（通過 Worker::stack）來完成的。

這是一個簡單的示例：

$task = new class extends Thread {
    private $response;

    public function run()
    {
        $content = file_get_contents("http://google.com");
        preg_match("~<title>(.+)</title>~", $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
};

$task->start() && $task->join();

var_dump($task->response); // string(6) "Google"

輸出：

上面通過 Worker::stack 將 15 個任務(wù)堆疊到新的 $worker 對象上，然后按堆疊順序處理它們。如上所示，Worker::collect 方法用于在任務(wù)完成執(zhí)行后清理任務(wù)。通過在 while 循環(huán)中使用它，我們阻塞主線程，直到所有堆疊的任務(wù)都完成執(zhí)行并已清理完畢，然后我們觸發(fā) Worker::shutdown。過早關(guān)閉工作程序（即在仍有待執(zhí)行的任務(wù)時）仍將阻塞主線程，直到所有任務(wù)都完成執(zhí)行——任務(wù)只是不會被垃圾回收（導(dǎo)致內(nèi)存泄漏）。

Worker 類提供了一些其他與任務(wù)堆棧相關(guān)的 method，包括 Worker::unstack 用于刪除最舊的堆疊項，以及 Worker::getStacked 用于執(zhí)行堆棧上的項目數(shù)量。工作程序的堆棧只保存要執(zhí)行的任務(wù)。一旦堆棧中的任務(wù)執(zhí)行完畢，它就會被刪除，然后放在另一個（內(nèi)部）堆棧上以進(jìn)行垃圾回收（使用 Worker::collect）。

在執(zhí)行許多任務(wù)時重用線程的另一種方法是使用線程池（通過 Pool 類）。線程池由一組 Worker 驅(qū)動，以使任務(wù)能夠并發(fā)執(zhí)行，其中并發(fā)因子（池運(yùn)行的線程數(shù)）在池創(chuàng)建時指定。

讓我們調(diào)整上面的示例以使用工作程序池：

class Task extends Threaded
{
    public $response;

    public function someWork()
    {
        $content = file_get_contents('http://google.com');
        preg_match('~<title>(.+)</title>~', $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
}

$task = new Task;

$thread = new class($task) extends Thread {
    private $task;

    public function __construct(Threaded $task)
    {
        $this->task = $task;
    }

    public function run()
    {
        $this->task->someWork();
    }
};

$thread->start() && $thread->join();

var_dump($task->response);

輸出：

使用池與使用工作程序之間存在一些顯著差異。首先，池不需要手動啟動，它們會在任務(wù)可用時立即開始執(zhí)行任務(wù)。其次，我們將任務(wù)提交到池中，而不是堆疊它們。此外，Pool 類不擴(kuò)展 Threaded，因此它可能不會傳遞到其他線程（與 Worker 不同）。

作為良好實踐，應(yīng)始終在完成任務(wù)后收集工作程序和池的任務(wù)，并手動關(guān)閉它們。通過 Thread 類創(chuàng)建的線程也應(yīng)重新加入創(chuàng)建者線程。

pthreads 和（非）可變性

最后一個要介紹的類是 Volatile——pthreads v3 的一個新補(bǔ)充。不變性已成為 pthreads 中的一個重要概念，因為如果沒有它，性能會嚴(yán)重下降。因此，默認(rèn)情況下，本身是 Threaded 對象的 Threaded 類的屬性現(xiàn)在是不可變的，因此在初始賦值后不能重新賦值?，F(xiàn)在更傾向于對這些屬性進(jìn)行顯式可變性，并且仍然可以通過使用新的 Volatile 類來完成。

讓我們快速查看一個示例來演示新的不變性約束：

$task = new class extends Thread {
    private $response;

    public function run()
    {
        $content = file_get_contents("http://google.com");
        preg_match("~<title>(.+)</title>~", $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
};

$task->start() && $task->join();

var_dump($task->response); // string(6) "Google"

另一方面，Volatile 類的 Threaded 屬性是可變的：

class Task extends Threaded
{
    public $response;

    public function someWork()
    {
        $content = file_get_contents('http://google.com');
        preg_match('~<title>(.+)</title>~', $content, $matches);
        $this->response = $matches[1];
    }
}

$task = new Task;

$thread = new class($task) extends Thread {
    private $task;

    public function __construct(Threaded $task)
    {
        $this->task = $task;
    }

    public function run()
    {
        $this->task->someWork();
    }
};

$thread->start() && $thread->join();

var_dump($task->response);

我們可以看到，Volatile 類覆蓋了其父類 Threaded 類強(qiáng)制執(zhí)行的不變性，以允許重新分配（以及取消設(shè)置）Threaded 屬性。

關(guān)于可變性和 Volatile 類，還有一個最后一個基本主題需要介紹——數(shù)組。當(dāng)將數(shù)組分配給 Threaded 類的屬性時，pthreads 中的數(shù)組會自動強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 Volatile 對象。這是因為在 PHP 中從多個上下文中操作數(shù)組根本不安全。

讓我們再次快速查看一個示例以更好地理解：

<code>Threaded (implements Traversable, Collectable)
    Thread
        Worker
    Volatile
Pool</code>

我們可以看到，Volatile 對象可以像對待數(shù)組一樣對待，因為它們?yōu)榛跀?shù)組的操作（如上所示）提供了對子集運(yùn)算符（[]）的支持。但是，Volatile 類不受常見的基于數(shù)組的函數(shù)（例如 array_pop 和 array_shift）的支持。相反，Threaded 類為我們提供了這些操作作為內(nèi)置方法。

作為演示：

class Task extends Threaded
{
    private $value;

    public function __construct(int $i)
    {
        $this->value = $i;
    }

    public function run()
    {
        usleep(250000);
        echo "Task: {$this->value}\n";
    }
}

$worker = new Worker();
$worker->start();

for ($i = 0; $i < 15; $i++) {
    $worker->stack(new Task($i));
}

while ($worker->collect());

$worker->shutdown();

其他受支持的操作包括 Threaded::chunk 和 Threaded::merge。

同步

本文將介紹的最后一個主題是 pthreads 中的同步。同步是一種允許控制訪問共享資源的技術(shù)。

例如，讓我們實現(xiàn)一個簡單的計數(shù)器：

class Task extends Threaded
{
    private $value;

    public function __construct(int $i)
    {
        $this->value = $i;
    }

    public function run()
    {
        usleep(250000);
        echo "Task: {$this->value}\n";
    }
}

$pool = new Pool(4);

for ($i = 0; $i < 15; $i++) {
    $pool->submit(new Task($i));
}

while ($pool->collect());

$pool->shutdown();

如果不使用同步，則輸出不是確定性的。多個線程寫入單個變量而不進(jìn)行受控訪問會導(dǎo)致更新丟失。

讓我們通過添加同步來糾正這個問題，以便我們獲得正確的輸出 20：

class Task extends Threaded // a Threaded class
{
    public function __construct()
    {
        $this->data = new Threaded();
        // $this->data is not overwritable, since it is a Threaded property of a Threaded class
    }
}

$task = new class(new Task()) extends Thread { // a Threaded class, since Thread extends Threaded
    public function __construct($tm)
    {
        $this->threadedMember = $tm;
        var_dump($this->threadedMember->data); // object(Threaded)#3 (0) {}
        $this->threadedMember = new StdClass(); // invalid, since the property is a Threaded member of a Threaded class
    }
};

同步代碼塊還可以使用 Threaded::wait 和 Threaded::notify（以及 Threaded::notifyOne）相互協(xié)作。

以下是來自兩個同步 while 循環(huán)的交錯增量：

class Task extends Volatile
{
    public function __construct()
    {
        $this->data = new Threaded();
        $this->data = new StdClass(); // valid, since we are in a volatile class
    }
}

$task = new class(new Task()) extends Thread {
    public function __construct($vm)
    {
        $this->volatileMember = $vm;

        var_dump($this->volatileMember->data); // object(stdClass)#4 (0) {}

        // still invalid, since Volatile extends Threaded, so the property is still a Threaded member of a Threaded class
        $this->volatileMember = new StdClass();
    }
};

您可能已經(jīng)注意到，在對 Threaded::wait 的調(diào)用周圍添加了其他條件。這些條件至關(guān)重要，因為它們只允許同步回調(diào)在收到通知并且指定條件為真時恢復(fù)。這很重要，因為通知可能來自 Threaded::notify 的調(diào)用以外的地方。因此，如果對 Threaded::wait 的調(diào)用未包含在條件中，我們將容易受到虛假喚醒調(diào)用的影響，這將導(dǎo)致代碼不可預(yù)測。

結(jié)論

我們已經(jīng)看到了 pthreads 附帶的五個類（Threaded、Thread、Worker、Volatile 和 Pool），包括介紹每個類的用法。我們還研究了 pthreads 中新的不變性概念，以及對其支持的同步功能的快速瀏覽。涵蓋了這些基礎(chǔ)知識后，我們現(xiàn)在可以開始研究將 pthreads 應(yīng)用于一些實際用例！這將是我們下一篇文章的主題。

與此同時，如果您對 pthreads 有任何應(yīng)用程序創(chuàng)意，請隨時在下面的評論區(qū)中留下您的想法！

關(guān)于在 PHP 中使用 Pthreads 進(jìn)行并行編程的常見問題解答 (FAQ)

使用 Pthreads 在 PHP 中的先決條件是什么？

要在 PHP 中使用 Pthreads，您需要具備 PHP 和面向?qū)ο缶幊痰墓ぷ髦R。您還需要安裝啟用 ZTS（Zend 線程安全）的 PHP。Pthreads 在標(biāo)準(zhǔn) PHP 安裝中不可用；它需要使用線程安全構(gòu)建的 PHP 版本。您可以通過在終端中運(yùn)行命令“php -i | grep “Thread Safety””來檢查您的 PHP 安裝是否啟用了 ZTS。如果它返回“Thread Safety => enabled”，那么您可以使用 Pthreads。

如何在 PHP 中安裝 Pthreads？

要安裝 Pthreads，您需要使用 PECL，即 PHP 擴(kuò)展社區(qū)庫。首先，確保您已安裝啟用 ZTS 的 PHP。然后，在您的終端中，運(yùn)行命令“pecl install pthreads”。如果安裝成功，您需要將行“extension=pthreads.so”添加到您的 php.ini 文件中。這將在每次運(yùn)行 PHP 時加載 Pthreads 擴(kuò)展。

如何使用 Pthreads 在 PHP 中創(chuàng)建一個新線程？

要創(chuàng)建一個新線程，您需要定義一個擴(kuò)展 Pthreads 提供的 Thread 類的類。在此類中，您將覆蓋 run() 方法，這是在新線程中將執(zhí)行的代碼。然后，您可以創(chuàng)建此類的實例并調(diào)用其 start() 方法來啟動新線程。

如何使用 Pthreads 在 PHP 中在線程之間共享數(shù)據(jù)？

Pthreads 提供 Threaded 類用于在線程之間共享數(shù)據(jù)。您可以創(chuàng)建一個此類的新的實例并將其傳遞給您的線程。在此對象上設(shè)置的任何屬性都將在線程之間安全共享。

如何處理 Pthreads 中的錯誤？

Pthreads 中的錯誤處理類似于標(biāo)準(zhǔn) PHP 中的錯誤處理。您可以使用 try-catch 塊來捕獲異常。但是，請注意，每個線程都有其自己的范圍，因此一個線程中的異常不會影響其他線程。

我可以在 Laravel 或 Symfony 等 PHP 框架中使用 Pthreads 嗎？

Pthreads 與 Laravel 或 Symfony 等 PHP 框架不兼容。這是因為這些框架并非設(shè)計為線程安全的。如果您需要在這些框架中執(zhí)行并行處理，請考慮使用其他技術(shù)，例如隊列或異步任務(wù)。

如何調(diào)試使用 Pthreads 的 PHP 腳本？

調(diào)試使用 Pthreads 的 PHP 腳本可能具有挑戰(zhàn)性，因為每個線程都在其自己的上下文中運(yùn)行。但是，您可以使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試技術(shù)，例如記錄或?qū)?shù)據(jù)輸出到控制臺。您還可以使用像 Xdebug 這樣的 PHP 調(diào)試器，但請注意，并非所有調(diào)試器都支持多線程應(yīng)用程序。

我可以在 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用 Pthreads 嗎？

不建議在 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用 Pthreads。它專為 CLI（命令行界面）腳本設(shè)計。在 Web 服務(wù)器環(huán)境中使用 Pthreads 會導(dǎo)致不可預(yù)測的結(jié)果，并且通常是不安全的。

如何使用 Pthreads 在 PHP 中停止正在運(yùn)行的線程？

要停止正在運(yùn)行的線程，您可以使用 Pthreads 提供的 kill() 方法。但是，應(yīng)謹(jǐn)慎使用此方法，因為如果線程處于操作過程中，它可能會導(dǎo)致不可預(yù)測的結(jié)果。通常最好設(shè)計您的線程，以便它們可以干凈地完成其任務(wù)。

是否有用于 PHP 中并行編程的 Pthreads 的替代方案？

是的，有幾種用于 PHP 中并行編程的 Pthreads 的替代方案。這些包括 forks，這是一個提供用于創(chuàng)建和管理子進(jìn)程的接口的 PECL 擴(kuò)展；以及 parallel，這是 PHP 7.2 中引入的原生 PHP 擴(kuò)展，它提供了一個更簡單、更安全的并行編程接口。

以上是與PHP中的Pthreads平行編程 - 基本面的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！