PHP 异步流：yield 与 await 的非阻塞数据传输
各位听众，今天我们来深入探讨 PHP 中异步流的概念，以及如何利用 yield 和 await 关键字实现非阻塞的数据传输。在传统的 PHP 开发中，同步阻塞 I/O 是常态，但这往往会导致性能瓶颈，尤其是在处理大量并发请求或需要等待外部资源（例如数据库、网络）响应时。异步流的引入，正是为了解决这些问题，提升 PHP 应用程序的并发能力和响应速度。
1. 阻塞 I/O 的问题
在传统的阻塞 I/O 模型中，当 PHP 脚本发起一个 I/O 操作（例如，读取文件、发送网络请求），它会暂停执行，直到 I/O 操作完成。这意味着，在等待 I/O 完成的这段时间内，PHP 进程（或线程）什么都不能做，只能空闲等待。
举个例子，考虑一个简单的 HTTP 请求处理流程：
<?php
$startTime = microtime(true);
$data1 = file_get_contents('https://example.com/api/data1'); // 阻塞
$data2 = file_get_contents('https://example.org/api/data2'); // 阻塞
echo "Data 1: " . strlen($data1) . " bytesn";
echo "Data 2: " . strlen($data2) . " bytesn";
$endTime = microtime(true);
echo "Total time: " . ($endTime - $startTime) . " secondsn";
?>在这个例子中，file_get_contents 函数会阻塞 PHP 进程，直到从 example.com 和 example.org 获取到数据。即使 example.com 的响应速度非常慢，example.org 的请求也必须等待，这严重影响了整体的执行效率。
2. 异步流的概念
异步流的核心思想是：允许程序在等待 I/O 操作完成的同时，继续执行其他任务。 当 I/O 操作完成后，程序会收到通知，并恢复处理结果。
在 PHP 中，我们可以利用 yield 和 await 关键字来实现异步流。yield 关键字可以将一个函数变成一个生成器（Generator），而 await 关键字则用于等待一个异步操作的结果。
3. yield 与生成器
生成器是一种特殊的函数，它允许我们以迭代的方式生成值，而无需一次性将所有值加载到内存中。当一个函数包含 yield 关键字时，它就变成了一个生成器。
<?php
function myGenerator() {
yield 1;
yield 2;
yield 3;
}
$generator = myGenerator();
foreach ($generator as $value) {
echo $value . "n";
}
?>在这个例子中，myGenerator 函数是一个生成器。当我们调用 myGenerator() 时，它并不会立即执行函数体，而是返回一个生成器对象。每次我们通过 foreach 循环迭代这个生成器对象时，它会执行到下一个 yield 语句，并将 yield 后面的值返回。
生成器的关键在于它的可中断性和状态保持。每次执行到 yield 语句时，生成器会暂停执行，并将当前的状态保存下来。下次迭代时，生成器会从上次暂停的地方继续执行。
4. await 与协程
await 关键字只能在异步函数中使用。异步函数是用 async 关键字声明的生成器函数。await 关键字用于等待一个 Promise 或其他异步操作的结果。
一个Promise代表着一个尚未完成的异步操作，并最终会生成一个值。它可以处于以下三种状态之一：
- Pending（等待中）：异步操作尚未完成。
- Fulfilled（已完成）：异步操作成功完成，并返回一个值。
- Rejected（已拒绝）：异步操作失败，并返回一个错误。
当我们在一个异步函数中使用 await 关键字时，PHP 引擎会暂停执行该函数，直到 await 后面的 Promise 进入 Fulfilled 或 Rejected 状态。如果 Promise 进入 Fulfilled 状态，await 表达式会返回 Promise 的结果值。如果 Promise 进入 Rejected 状态，await 表达式会抛出一个异常。
5. 实现异步流的步骤
要利用 yield 和 await 实现异步流，通常需要以下步骤：
- 将耗时的 I/O 操作封装成 Promise。 Promise 代表一个异步操作的最终结果。
- 创建一个事件循环（Event Loop）。 事件循环负责监听 I/O 事件，并在 I/O 操作完成后通知相应的 Promise。
- 创建一个异步函数，使用
await关键字等待 Promise 的结果。 - 运行事件循环，启动异步操作。
6. 代码示例：异步 HTTP 请求
下面是一个使用 ReactPHP 库实现异步 HTTP 请求的例子。 ReactPHP 是一个流行的 PHP 异步事件驱动库，它提供了事件循环、Promise 和其他异步编程工具。
首先，安装 ReactPHP 的 HTTP 客户端：
composer require react/http然后，创建以下 PHP 脚本：
<?php
require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';
use ReactEventLoopFactory;
use ReactHttpBrowser;
use ReactPromisePromiseInterface;
$loop = Factory::create();
$client = new Browser($loop);
function getAsync(string $url, Browser $client): PromiseInterface
{
return $client->get($url);
}
async function main(Browser $client)
{
$startTime = microtime(true);
$promise1 = getAsync('https://example.com/api/data1', $client);
$promise2 = getAsync('https://example.org/api/data2', $client);
$data1 = await $promise1;
$data2 = await $promise2;
echo "Data 1: " . $data1->getBody()->getSize() . " bytesn";
echo "Data 2: " . $data2->getBody()->getSize() . " bytesn";
$endTime = microtime(true);
echo "Total time: " . ($endTime - $startTime) . " secondsn";
}
$promise = main($client);
$promise->then(
function () use ($loop) {
$loop->stop();
},
function (Exception $e) use ($loop) {
echo "Error: " . $e->getMessage() . "n";
$loop->stop();
}
);
$loop->run();
?>在这个例子中：
ReactEventLoopFactory::create()创建了一个事件循环。ReactHttpBrowser是 ReactPHP 提供的 HTTP 客户端。getAsync函数使用ReactHttpBrowser::get方法发起异步 HTTP 请求，并返回一个 Promise 对象。main函数是一个异步函数，它使用await关键字等待getAsync函数返回的 Promise 对象。$loop->run()启动事件循环，开始处理异步操作。
这个例子展示了如何使用 yield 和 await 关键字，以及 ReactPHP 库实现异步 HTTP 请求。与之前的同步阻塞例子相比，这个例子可以并发地发起多个 HTTP 请求，从而大大提高了程序的执行效率。
7. 异步流的优势
使用异步流可以带来以下优势：
- 提高并发能力： 异步流允许程序在等待 I/O 操作完成的同时，继续执行其他任务，从而提高了程序的并发能力。
- 提高响应速度： 异步流可以避免阻塞，从而提高了程序的响应速度。
- 降低资源消耗： 异步流可以减少线程或进程的数量，从而降低资源消耗。
8. 异步流的应用场景
异步流适用于以下场景：
- 高并发服务器： 异步流可以提高高并发服务器的吞吐量和响应速度。
- 实时应用： 异步流可以支持实时应用，例如聊天室、游戏服务器等。
- I/O 密集型应用： 异步流可以提高 I/O 密集型应用的性能，例如文件处理、数据库访问等。
9. 异步流的挑战
使用异步流也存在一些挑战：
- 代码复杂性： 异步流的代码通常比同步阻塞的代码更复杂。
- 调试难度： 异步流的调试比同步阻塞的代码更困难。
- 错误处理： 异步流的错误处理需要特别注意，避免出现未捕获的异常。
10. 使用事件循环进行非阻塞操作
事件循环是异步编程的核心。它不断地轮询事件队列，当有事件发生时，就调用相应的回调函数进行处理。事件循环使得程序可以在等待 I/O 操作完成的同时，继续执行其他任务，从而实现非阻塞 I/O。
以下是一个简化的事件循环示例（不依赖 ReactPHP）：
<?php
class EventLoop
{
private $readStreams = [];
private $writeStreams = [];
private $timers = [];
public function addReadStream($stream, callable $callback)
{
$this->readStreams[(int)$stream] = $callback;
}
public function addWriteStream($stream, callable $callback)
{
$this->writeStreams[(int)$stream] = $callback;
}
public function addTimer(int $interval, callable $callback)
{
$this->timers[] = [
'interval' => $interval,
'callback' => $callback,
'nextRun' => time() + $interval
];
}
public function run()
{
while ($this->readStreams || $this->writeStreams || $this->timers) {
$read = array_keys($this->readStreams);
$write = array_keys($this->writeStreams);
$except = null;
// 使用 stream_select 监听流
if (stream_select($read, $write, $except, 0, 200000)) { // Timeout 0.2 seconds
foreach ($read as $stream) {
$key = (int)$stream;
if (isset($this->readStreams[$key])) {
($this->readStreams[$key])($stream);
}
}
foreach ($write as $stream) {
$key = (int)$stream;
if (isset($this->writeStreams[$key])) {
($this->writeStreams[$key])($stream);
}
}
}
// 处理定时器
$currentTime = time();
foreach ($this->timers as $key => $timer) {
if ($currentTime >= $timer['nextRun']) {
($timer['callback'])();
$this->timers[$key]['nextRun'] = $currentTime + $timer['interval'];
}
}
}
}
}
// 使用示例
$loop = new EventLoop();
$stream = fopen('php://stdin', 'r'); // 标准输入
$loop->addReadStream($stream, function ($stream) {
$line = fgets($stream);
echo "You entered: " . $line;
});
$loop->addTimer(5, function () {
echo "Timer fired!n";
});
echo "Enter some text:n";
$loop->run();
fclose($stream);
?>这个简化的 EventLoop 类演示了如何使用 stream_select 函数监听流的读写事件，以及如何使用定时器执行周期性任务。虽然这个例子比较简单，但它包含了事件循环的核心概念。
11. 总结：拥抱异步编程，提升 PHP 性能
异步流是提高 PHP 应用程序并发能力和响应速度的重要技术。 通过 yield 和 await 关键字，结合事件循环，我们可以实现非阻塞的数据传输，充分利用系统资源。虽然异步编程存在一定的挑战，但随着 PHP 异步生态的不断发展，异步流将会变得越来越普及，成为 PHP 开发者的必备技能。 异步编程是现代PHP开发的趋势，它能显著提升应用的性能和响应速度。 掌握异步编程技巧对于构建高性能的 PHP 应用至关重要。