Workerman的Event Loop：基于Libevent扩展与原生Stream Select的性能对比

好的，我们开始今天的讲座。

今天的主题是Workerman的Event Loop：基于Libevent扩展与原生Stream Select的性能对比。我们将深入探讨Workerman如何利用Libevent扩展和原生Stream Select来实现事件循环，并分析两种方式的性能差异。

1. Event Loop 的概念与作用

首先，我们需要理解什么是Event Loop（事件循环）。在异步非阻塞I/O编程模型中，Event Loop是核心组成部分。它的作用是监听文件描述符（File Descriptor，FD）上的事件，并在事件发生时调用相应的回调函数进行处理。

简单来说，Event Loop就像一个总调度室，它不断地巡视各个“工位”（FD），一旦某个工位有活干了（事件发生），就安排对应的“工人”（回调函数）去处理。

2. Workerman 中的 Event Loop 实现

Workerman是一个基于PHP的多进程并发框架，它依赖Event Loop来实现异步非阻塞的I/O操作，例如处理客户端连接、接收数据、发送数据等。Workerman主要支持两种Event Loop实现方式：

• 基于Libevent扩展： 利用PHP的Libevent扩展来实现Event Loop。Libevent是一个高性能的事件通知库，使用epoll（Linux）、kqueue（BSD）、select（Windows）等底层机制来实现事件监听。
• 基于原生Stream Select： 如果Libevent扩展不可用，Workerman会退回到使用PHP原生的stream_select函数来实现Event Loop。

3. Libevent 扩展的优势与原理

Libevent扩展是Workerman首选的Event Loop实现方式，因为它具有显著的性能优势。

• 底层机制： Libevent使用操作系统提供的更高效的事件通知机制，例如epoll（Linux）、kqueue（BSD）。这些机制允许内核在文件描述符发生变化时主动通知应用程序，避免了轮询的开销。

• 效率： epoll和kqueue等机制能够处理大量并发连接，而不会随着连接数的增加而线性下降。这使得Workerman能够支持更高的并发量。

• 功能丰富： Libevent提供了丰富的功能，例如定时器、信号处理等，方便开发者构建复杂的异步应用。

Libevent 扩展的基本使用:

<?php

// 创建 Libevent 事件 base
$base = event_base_new();

// 创建事件
$event = event_new();

// 定义回调函数
$callback = function ($fd, $events, $arg) {
    echo "Event triggered on FD: " . $fd . "n";
};

// 设置事件，监听 FD 1 (标准输入) 的可读事件
event_set($event, 1, EV_READ | EV_PERSIST, $callback, null);

// 将事件添加到 event base
event_base_set($event, $base);
event_add($event, -1);

// 启动 event loop
event_base_loop($base);

?>

代码解释：

• event_base_new()：创建一个 Libevent 事件 base，它是管理所有事件的容器。
• event_new()：创建一个事件对象。
• event_set()：设置事件的属性，包括要监听的文件描述符（FD）、事件类型（例如 EV_READ 表示可读事件，EV_WRITE 表示可写事件，EV_PERSIST 表示事件持续监听），以及回调函数。
• event_base_set()：将事件与事件 base 关联。
• event_add()：将事件添加到事件 base 中，开始监听。
• event_base_loop()：启动事件循环，开始监听事件。

4. 原生 Stream Select 的劣势与原理

当Libevent扩展不可用时，Workerman会回退到使用PHP原生的stream_select函数。stream_select的原理是轮询一组文件描述符，检查它们是否可读、可写或发生错误。

• 轮询： stream_select采用轮询的方式检查文件描述符，这意味着它会不断地遍历所有文件描述符，即使它们没有发生变化。在高并发场景下，轮询会消耗大量的CPU资源。

• 性能瓶颈： stream_select的性能会随着文件描述符数量的增加而线性下降。这意味着在高并发场景下，stream_select会成为性能瓶颈。

• 限制： stream_select的功能相对简单，不支持定时器、信号处理等高级功能。

原生 Stream Select 的基本使用:

<?php

// 创建一个 socket 资源
$socket = stream_socket_server("tcp://127.0.0.1:1234", $errno, $errstr);

if (!$socket) {
    die("Could not create socket: $errstr ($errno)n");
}

// 客户端连接数组
$clients = [$socket];

while (true) {
    // 复制客户端连接数组，因为 stream_select 会修改传入的数组
    $read = $clients;
    $write = null;
    $except = null;

    // 使用 stream_select 监听可读事件
    $num_changed_streams = stream_select($read, $write, $except, null);

    if ($num_changed_streams === false) {
        // stream_select 出错
        break;
    } elseif ($num_changed_streams > 0) {
        // 遍历发生变化的 socket
        foreach ($read as $stream) {
            if ($stream === $socket) {
                // 新的客户端连接
                $client = stream_socket_accept($socket);
                if ($client) {
                    $clients[] = $client;
                    echo "New client connectedn";
                }
            } else {
                // 客户端发送数据
                $data = fread($stream, 8192);
                if ($data === false || feof($stream)) {
                    // 客户端断开连接
                    fclose($stream);
                    $key = array_search($stream, $clients);
                    unset($clients[$key]);
                    echo "Client disconnectedn";
                } else {
                    // 处理客户端数据
                    echo "Received: " . $data;
                    fwrite($stream, "ECHO: " . $data); // 回复客户端
                }
            }
        }
    }
}

fclose($socket);

?>

代码解释：

• stream_socket_server()：创建一个 TCP socket 服务端。
• stream_select()：监听一组 socket 资源的可读事件。 $read 是输入输出参数，传入需要监听的 sockets 数组，返回发生可读事件的 sockets 数组。 $write 和 $except 用于监听可写和异常事件，这里设置为 null。 第四个参数是超时时间，设置为 null 表示无限等待。
• stream_socket_accept()：接受新的客户端连接。
• fread()：从 socket 资源读取数据。
• feof()：检查 socket 资源是否到达文件末尾（客户端是否断开连接）。
• fwrite()：向 socket 资源写入数据。

5. 性能对比：Libevent vs. Stream Select

特性	Libevent	Stream Select
底层机制	epoll (Linux), kqueue (BSD), select (Windows)	select
轮询	不需要	需要
并发性能	高，可处理大量并发连接	低，性能随连接数增加而线性下降
CPU 占用	低	高
功能	丰富，支持定时器、信号处理等	简单，功能有限
可用性	依赖 Libevent 扩展	PHP 原生，无需扩展

性能测试数据 (仅供参考，实际结果可能因环境而异):

假设我们模拟一个简单的 Echo Server，分别使用 Libevent 和 Stream Select 实现，测试在不同并发连接数下的性能表现。

并发连接数	Libevent (平均响应时间)	Stream Select (平均响应时间)
100	0.1 ms	1 ms
1000	1 ms	10 ms
10000	10 ms	100+ ms

从测试数据可以看出，在高并发场景下，Libevent 的性能明显优于 Stream Select。

6. Workerman 如何选择 Event Loop

Workerman 会自动检测Libevent扩展是否可用。如果可用，Workerman 会优先使用 Libevent 扩展作为 Event Loop。否则，Workerman 会回退到使用原生 Stream Select。

你也可以通过 Workerman 的配置选项来强制指定 Event Loop 的类型。

<?php

use WorkermanWorker;

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

$worker = new Worker('tcp://0.0.0.0:2345');

// 设置 eventLoopClass 属性来指定 Event Loop 类型
// 使用 Libevent
//$worker->eventLoopClass = 'WorkermanEventsLibevent';

// 使用 StreamSelect (不推荐，仅用于测试或 Libevent 不可用的情况)
//$worker->eventLoopClass = 'WorkermanEventsSelect';

$worker->onMessage = function($connection, $data)
{
    $connection->send('Hello ' . $data);
};

Worker::runAll();
?>

7. 如何优化 Workerman 的 Event Loop 性能

• 使用 Libevent 扩展： 这是最基本的优化措施。确保你的 PHP 环境安装了 Libevent 扩展。
• 合理设置文件描述符数量： 操作系统对单个进程可以打开的文件描述符数量有限制。在高并发场景下，需要调整文件描述符数量的限制。
• 避免阻塞操作： 在回调函数中避免执行阻塞操作，例如同步I/O、数据库查询等。如果必须执行阻塞操作，可以使用 Workerman 的异步任务机制。
• 优化网络配置： 调整操作系统的网络参数，例如 TCP 连接超时时间、TCP 缓冲区大小等，可以提高网络性能。
• 使用连接池： 对于数据库连接、Redis 连接等资源，使用连接池可以减少连接建立和断开的开销。

8. 代码示例：基于 Libevent 的 Workerman Server

<?php
use WorkermanWorker;
require_once __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

$worker = new Worker('tcp://0.0.0.0:2345');

$worker->onConnect = function($connection) {
    echo "New connectionn";
};

$worker->onMessage = function($connection, $data) {
    $connection->send('Hello ' . $data);
};

$worker->onClose = function($connection) {
    echo "Connection closedn";
};

Worker::runAll();
?>

代码解释：

• use WorkermanWorker;：引入 Workerman 的 Worker 类。
• new Worker('tcp://0.0.0.0:2345');：创建一个 Worker 实例，监听 2345 端口。
• $worker->onConnect：设置连接建立时的回调函数。
• $worker->onMessage：设置接收到数据时的回调函数。
• $worker->onClose：设置连接关闭时的回调函数。
• Worker::runAll();：启动 Worker 进程。

9. 代码示例：基于 Stream Select 的 Workerman Server (不推荐)

虽然不推荐，但为了完整性，这里提供一个基于 Stream Select 的 Workerman Server 示例 (需要修改 Workerman 源码，不建议直接使用，仅供学习参考):

注意： 这个示例需要修改 Workerman 源码，将 EventLoop 强制设置为 WorkermanEventsSelect。这种方式性能较差，仅用于学习和测试目的。

首先，你需要在 vendor/workerman/workerman/src/Worker.php 文件中找到以下代码 (大致在 220 行左右):

    /**
     * Get event loop.
     *
     * @return EventInterface
     */
    public static function getEventLoop()
    {
        if (self::$_eventLoop) {
            return self::$_eventLoop;
        }
        if (extension_loaded('event')) {
            self::$_eventLoop = new EventsLibevent();
        } else {
            self::$_eventLoop = new EventsSelect();
        }
        return self::$_eventLoop;
    }

然后，注释掉原来的代码，并强制使用 Select 事件循环：

    /**
     * Get event loop.
     *
     * @return EventInterface
     */
    public static function getEventLoop()
    {
        if (self::$_eventLoop) {
            return self::$_eventLoop;
        }
        //if (extension_loaded('event')) {
        //    self::$_eventLoop = new EventsLibevent();
        //} else {
        //    self::$_eventLoop = new EventsSelect();
        //}
        self::$_eventLoop = new EventsSelect();  // 强制使用 StreamSelect
        return self::$_eventLoop;
    }

然后，使用与前面 Libevent 示例相同的代码：

<?php
use WorkermanWorker;
require_once __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

$worker = new Worker('tcp://0.0.0.0:2345');

$worker->onConnect = function($connection) {
    echo "New connectionn";
};

$worker->onMessage = function($connection, $data) {
    $connection->send('Hello ' . $data);
};

$worker->onClose = function($connection) {
    echo "Connection closedn";
};

Worker::runAll();
?>

再次强调： 这种方式会显著降低 Workerman 的性能，仅用于学习和测试目的。在生产环境中，务必确保 Libevent 扩展可用。

10. 关于 Event Loop 的一些思考

选择合适的 Event Loop 实现是构建高性能异步应用的关键。Libevent 扩展利用操作系统提供的底层机制，能够提供更高的并发性能和更低的资源消耗。原生 Stream Select 虽然简单易用，但在高并发场景下会成为性能瓶颈。因此，在生产环境中，尽可能使用 Libevent 扩展。同时，还需要结合具体的应用场景，对 Event Loop 进行优化，例如合理设置文件描述符数量、避免阻塞操作等。

Event Loop 选择和优化总结

• Libevent 扩展优先，提供更优性能。
• Stream Select 作为备选，适用于 Libevent 不可用的情况。
• 针对应用场景进行 Event Loop 的优化，提升整体性能。