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Swoole Server的进程常驻（Long-running）模式：内存泄漏监控与 Worker 优雅重启

Swoole Server 进程常驻模式：内存泄漏监控与 Worker 优雅重启

大家好，今天我们来聊聊 Swoole Server 在进程常驻模式下，如何有效地监控内存泄漏，并实现 Worker 进程的优雅重启。 在高并发、长时间运行的 PHP 应用中，Swoole 作为高性能的异步并发框架被广泛使用。 然而，PHP 自身的特性，加上开发者的编码习惯，很容易导致内存泄漏。 内存泄漏累积过多，会显著降低服务器性能，甚至导致崩溃。 因此，对 Swoole Server 进行内存泄漏监控和优雅重启至关重要。

1. 内存泄漏的原因及危害

首先，我们要理解内存泄漏在 PHP 环境下产生的原因。 PHP 本身使用垃圾回收机制（Garbage Collection, GC）来自动回收不再使用的内存。 然而，GC 并非万能，以下情况可能导致内存泄漏：

  • 循环引用： 对象之间相互引用，导致 GC 无法判断是否应该回收。
  • 未释放的资源： 打开的文件句柄、数据库连接、Socket 连接等资源，在使用完毕后未显式关闭。
  • Swoole Task 投递： 在 Task 进程中创建的对象，如果未在 Task 结束时释放，会造成内存泄漏。
  • 扩展 Bug： PHP 扩展本身可能存在内存泄漏问题。
  • 全局变量滥用： 全局变量在脚本执行期间始终存在于内存中，如果不断向全局变量添加数据，可能导致内存占用持续增长。

内存泄漏的危害显而易见：

  • 性能下降： 可用内存减少，系统频繁进行垃圾回收，导致 CPU 占用率升高。
  • 响应变慢： 应用处理请求的时间增加，用户体验下降。
  • 服务崩溃： 内存耗尽，导致服务器崩溃，影响业务连续性。

2. 内存泄漏监控方法

监控内存泄漏是解决问题的关键。 Swoole 提供了 memory_get_usage() 和 memory_get_peak_usage() 函数，可以用来获取 PHP 脚本当前的内存使用量和峰值内存使用量。 除此之外，还可以结合 Linux 系统的工具进行更全面的监控。

2.1 PHP 内置函数监控

在 Swoole Server 的 Worker 进程中，可以定期记录内存使用情况，以便分析是否存在内存泄漏。

<?php

use SwooleProcess;
use SwooleServer;

$server = new Server("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'worker_num' => 4,
    'max_request' => 0, // 关闭自动重启，手动控制
    'log_file' => '/tmp/swoole.log',
]);

$server->on('WorkerStart', function (Server $server, int $workerId) {
    // 定时器，每隔一段时间检查内存使用情况
    swoole_timer_tick(60000, function () use ($server, $workerId) {
        $memoryUsage = memory_get_usage();
        $peakMemoryUsage = memory_get_peak_usage();
        echo "Worker #{$workerId} Memory Usage: {$memoryUsage} bytes, Peak: {$peakMemoryUsage} bytesn";

        // 可以设置阈值，当内存使用超过阈值时，触发重启
        if ($memoryUsage > 100 * 1024 * 1024) { // 100MB
            echo "Worker #{$workerId} Memory usage exceeds threshold, restarting...n";
            $server->reload(); // 平滑重启所有worker
        }
    });

    // 模拟内存泄漏
    $leakArray = [];
    swoole_timer_tick(1000, function () use (&$leakArray) {
        $leakArray[] = str_repeat('A', 1024 * 10); // 10KB
    });
});

$server->on('Request', function (SwooleHttpRequest $request, SwooleHttpResponse $response) {
    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    $response->end("Hello Worldn");
});

$server->start();

这段代码中，swoole_timer_tick 定时器每隔 60 秒输出一次内存使用情况。 同时，模拟了一个简单的内存泄漏，每秒钟向 $leakArray 中添加 10KB 的数据。 当内存使用超过 100MB 时，触发 reload 命令，平滑重启所有 Worker 进程。

2.2 使用 Linux 系统工具监控

除了 PHP 内置函数，还可以使用 Linux 系统工具来监控 Swoole Server 的内存使用情况。常用的工具有：

  • top： 实时显示系统中各个进程的资源占用情况，包括 CPU 使用率、内存使用量等。
  • ps： 查看指定进程的详细信息，包括内存使用量、CPU 使用率等。
  • pmap： 显示进程的内存映射信息，可以查看进程使用的内存区域。
  • valgrind： 强大的内存调试工具，可以检测内存泄漏、越界访问等问题（不适合在线环境，性能影响大）。

例如，使用 top 命令可以查看 Swoole Server 进程的内存使用情况：

top -p <master_pid>,<worker_pid1>,<worker_pid2>,...

使用 ps 命令可以获取指定进程的 RSS（Resident Set Size，常驻内存集大小）和 VSZ（Virtual Memory Size，虚拟内存大小）：

ps -o pid,rss,vsz,command -p <worker_pid>

pmap 命令可以查看 Worker 进程的内存映射：

pmap <worker_pid>

2.3 监控数据可视化

为了更方便地分析内存使用情况，可以将监控数据可视化。 可以使用 Prometheus + Grafana 等工具，将内存使用情况数据收集并展示在 Grafana 面板上。 这样可以直观地看到内存使用趋势，及时发现内存泄漏问题。

具体步骤如下：

  1. 安装 Prometheus： 下载并安装 Prometheus。

  2. 安装 Prometheus PHP 客户端： 使用 Composer 安装 Prometheus PHP 客户端。

    composer require promphp/prometheus_client_php

  3. 修改 Swoole Server 代码，暴露 Metrics： 在 Swoole Server 中，使用 Prometheus PHP 客户端收集内存使用情况数据，并通过 HTTP 接口暴露给 Prometheus。

    <?php

use PrometheusCollectorRegistry;
use PrometheusStorageInMemory;
use SwooleHttpRequest;
use SwooleHttpResponse;
use SwooleServer;

$server = new Server("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'worker_num' => 4,
    'max_request' => 0,
    'log_file' => '/tmp/swoole.log',
]);

// 初始化 Prometheus
$adapter = new InMemory();
$registry = new CollectorRegistry($adapter);
$memoryUsageGauge = $registry->register('php', 'memory_usage', 'PHP Memory Usage', ['worker']);

$server->on('WorkerStart', function (Server $server, int $workerId) use ($memoryUsageGauge) {
    // 定时器，每隔一段时间更新内存使用情况
    swoole_timer_tick(5000, function () use ($server, $workerId, $memoryUsageGauge) {
        $memoryUsage = memory_get_usage();
        $memoryUsageGauge->labels($workerId)->set($memoryUsage);

        // 可以设置阈值，当内存使用超过阈值时，触发重启
        if ($memoryUsage > 100 * 1024 * 1024) { // 100MB
            echo "Worker #{$workerId} Memory usage exceeds threshold, restarting...n";
            $server->reload(); // 平滑重启所有worker
        }
    });

    // 模拟内存泄漏
    $leakArray = [];
    swoole_timer_tick(1000, function () use (&$leakArray) {
        $leakArray[] = str_repeat('A', 1024 * 10); // 10KB
    });
});

$server->on('Request', function (Request $request, Response $response) use ($registry) {
    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    if ($request->server['request_uri'] === '/metrics') {
        $result = $registry->getMetricFamilySamples();
        $serializer = new PrometheusRenderTextFormat();
        $response->end($serializer->render($result));
    } else {
        $response->end("Hello Worldn");
    }
});

$server->start();

  4. 配置 Prometheus： 配置 Prometheus，使其能够从 Swoole Server 的 /metrics 接口拉取 Metrics 数据。 在 prometheus.yml 配置文件中添加如下配置：

    scrape_configs:
  - job_name: 'swoole'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:9501']

  5. 安装 Grafana： 下载并安装 Grafana。

  6. 配置 Grafana： 配置 Grafana，连接到 Prometheus 数据源。

  7. 创建 Grafana 面板： 在 Grafana 中创建面板，选择 Prometheus 数据源，并使用 PromQL 查询语句来展示内存使用情况数据。 例如，可以使用如下 PromQL 查询语句：

    php_memory_usage

通过以上步骤，就可以在 Grafana 面板上直观地看到 Swoole Server 的内存使用情况，及时发现和解决内存泄漏问题。

3. Worker 进程优雅重启

发现内存泄漏后，需要重启 Worker 进程来释放内存。 但是，直接杀死 Worker 进程可能会导致正在处理的请求中断，影响用户体验。 因此，需要实现 Worker 进程的优雅重启。

Swoole 提供了 reload 命令，可以平滑重启 Worker 进程。 reload 命令的原理是：

  1. 向 Master 进程发送信号。
  2. Master 进程逐个通知 Worker 进程退出。
  3. Worker 进程处理完当前请求后退出。
  4. Master 进程启动新的 Worker 进程。

3.1 使用 reload 命令

在上面的代码示例中，当内存使用超过阈值时，使用了 $server->reload() 命令来重启 Worker 进程。 这样可以保证在重启过程中，不会中断正在处理的请求。

3.2 实现更精细的优雅重启

reload 命令会重启所有 Worker 进程，在某些情况下，可能只需要重启部分 Worker 进程。 可以自定义信号处理函数，实现更精细的优雅重启。

<?php

use SwooleProcess;
use SwooleServer;

$server = new Server("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'worker_num' => 4,
    'max_request' => 0,
    'log_file' => '/tmp/swoole.log',
]);

$server->on('WorkerStart', function (Server $server, int $workerId) {
    // 定时器，每隔一段时间检查内存使用情况
    swoole_timer_tick(60000, function () use ($server, $workerId) {
        $memoryUsage = memory_get_usage();
        $peakMemoryUsage = memory_get_peak_usage();
        echo "Worker #{$workerId} Memory Usage: {$memoryUsage} bytes, Peak: {$peakMemoryUsage} bytesn";

        // 可以设置阈值，当内存使用超过阈值时，触发重启
        if ($memoryUsage > 100 * 1024 * 1024) { // 100MB
            echo "Worker #{$workerId} Memory usage exceeds threshold, sending SIGTERM...n";
            $server->kill($server->worker_id, SIGTERM); // 向指定 Worker 进程发送 SIGTERM 信号
        }
    });

    // 模拟内存泄漏
    $leakArray = [];
    swoole_timer_tick(1000, function () use (&$leakArray) {
        $leakArray[] = str_repeat('A', 1024 * 10); // 10KB
    });

    // 注册信号处理函数
    Process::signal(SIGTERM, function () use ($server, $workerId) {
        echo "Worker #{$workerId} received SIGTERM, exiting...n";
        // 清理资源
        // ...

        exit(0); // 退出 Worker 进程
    });
});

$server->on('Request', function (SwooleHttpRequest $request, SwooleHttpResponse $response) {
    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    $response->end("Hello Worldn");
});

$server->start();

这段代码中，当内存使用超过阈值时，使用 $server->kill($server->worker_id, SIGTERM) 向指定的 Worker 进程发送 SIGTERM 信号。 Worker 进程接收到 SIGTERM 信号后，会执行注册的信号处理函数，清理资源并退出。 Master 进程会重新启动一个新的 Worker 进程。

3.3 优雅重启的注意事项

  • 清理资源： 在 Worker 进程退出前，务必清理所有资源，例如关闭数据库连接、释放文件句柄等。
  • 处理未完成的请求： 确保 Worker 进程在退出前，能够处理完当前正在处理的请求。 可以通过设置超时时间，或者将请求转移到其他 Worker 进程来处理。
  • 防止雪崩效应： 避免在短时间内大量重启 Worker 进程，导致服务压力过大，甚至崩溃。 可以设置重启间隔，或者使用熔断机制。

4. 避免内存泄漏的最佳实践

除了监控和重启，更重要的是从根本上避免内存泄漏。 以下是一些最佳实践：

  • 避免循环引用： 使用 unset() 显式解除循环引用。 可以使用 Xdebug 等工具来检测循环引用。
  • 及时释放资源： 在使用完毕后，及时关闭文件句柄、数据库连接、Socket 连接等资源。
  • 合理使用全局变量： 尽量避免使用全局变量，如果必须使用，要控制全局变量的大小，并及时释放不再使用的全局变量。
  • 使用对象池： 对于频繁创建和销毁的对象，可以使用对象池来重用对象，减少内存分配和回收的开销。
  • 代码审查： 定期进行代码审查，查找潜在的内存泄漏问题。
  • 升级 PHP 版本： 新版本的 PHP 通常会修复一些已知的内存泄漏问题，并改进垃圾回收机制。
  • 使用性能分析工具： 使用 Xdebug, Blackfire.io 等工具来分析代码性能，找出内存占用过高的代码段。
  • 合理设置 max_request： Swoole Server 的 max_request 参数可以控制 Worker 进程处理请求的最大次数。当 Worker 进程处理的请求数量达到 max_request 时，会自动退出并重新启动。 这可以避免 Worker 进程长时间运行导致的内存泄漏问题。 但是，设置 max_request 也会带来一些性能损耗，因为每次重启 Worker 进程都需要重新加载代码和初始化资源。 因此，需要根据实际情况权衡利弊，选择合适的 max_request 值。 如果设置为 0，则永不重启，需要手动控制。

5. 其他工具和技术

  • Xdebug： 强大的 PHP 调试工具，可以用来分析内存使用情况、检测循环引用等问题。
  • Blackfire.io： 专业的 PHP 性能分析工具，可以用来分析代码性能，找出内存占用过高的代码段。
  • Memory Profiler： PHP 扩展，可以用来分析 PHP 脚本的内存使用情况。
  • Static Analysis Tools： 使用静态分析工具（例如 Psalm, PHPStan）可以在不运行代码的情况下，检测潜在的错误和问题，包括内存泄漏。

6. 一个更完整的例子

下面的例子结合了内存监控，报警，和优雅重启：

<?php

use SwooleProcess;
use SwooleServer;
use SwooleTimer;

$server = new Server("0.0.0.0", 9501);

$server->set([
    'worker_num' => 4,
    'max_request' => 0,
    'log_file' => '/tmp/swoole.log',
]);

// 全局变量，用于存储 worker 的内存使用情况
$workerMemoryUsage = [];

$server->on('WorkerStart', function (Server $server, int $workerId) use (&$workerMemoryUsage) {
    $workerMemoryUsage[$workerId] = 0; // 初始化 worker 的内存使用情况

    // 定时器，每隔一段时间检查内存使用情况
    Timer::tick(60000, function (int $timerId) use ($server, $workerId, &$workerMemoryUsage) {
        $memoryUsage = memory_get_usage();
        $peakMemoryUsage = memory_get_peak_usage();
        echo "Worker #{$workerId} Memory Usage: {$memoryUsage} bytes, Peak: {$peakMemoryUsage} bytesn";

        $workerMemoryUsage[$workerId] = $memoryUsage; // 更新 worker 的内存使用情况

        // 可以设置阈值，当内存使用超过阈值时，触发重启
        if ($memoryUsage > 100 * 1024 * 1024) { // 100MB
            echo "Worker #{$workerId} Memory usage exceeds threshold, sending SIGTERM...n";
            $server->kill($server->worker_id, SIGTERM); // 向指定 Worker 进程发送 SIGTERM 信号

            // 发送报警 (这里只是一个示例，可以根据实际情况选择报警方式，例如发送邮件、短信等)
            sendAlert("Worker #{$workerId} memory usage exceeds threshold: {$memoryUsage} bytes");
        }
    });

    // 模拟内存泄漏
    $leakArray = [];
    Timer::tick(1000, function () use (&$leakArray) {
        $leakArray[] = str_repeat('A', 1024 * 10); // 10KB
    });

    // 注册信号处理函数
    Process::signal(SIGTERM, function () use ($server, $workerId) {
        echo "Worker #{$workerId} received SIGTERM, exiting...n";
        // 清理资源
        // ...

        exit(0); // 退出 Worker 进程
    });
});

$server->on('Request', function (SwooleHttpRequest $request, SwooleHttpResponse $response) {
    $response->header("Content-Type", "text/plain");
    $response->end("Hello Worldn");
});

$server->on('Shutdown', function (Server $server) use (&$workerMemoryUsage) {
    // 在服务器关闭时，输出所有 worker 的内存使用情况
    echo "Server is shutting down...n";
    foreach ($workerMemoryUsage as $workerId => $memoryUsage) {
        echo "Worker #{$workerId} final Memory Usage: {$memoryUsage} bytesn";
    }
});

$server->start();

function sendAlert(string $message): void
{
    // 这里只是一个示例，可以根据实际情况选择报警方式，例如发送邮件、短信等
    echo "Alert: " . $message . "n";
    // TODO: Implement real alert sending logic
}

这段代码添加了以下功能：

  • 全局变量存储 worker 内存使用情况： 使用 $workerMemoryUsage 数组存储每个 worker 的内存使用情况，方便在服务器关闭时输出。
  • 报警功能： 当 worker 内存使用超过阈值时，调用 sendAlert 函数发送报警。 sendAlert 函数只是一个示例，可以根据实际情况选择报警方式，例如发送邮件、短信等。
  • 服务器关闭时的内存使用情况输出： 在 Shutdown 事件中，输出所有 worker 的内存使用情况，方便排查问题。

7. 结论

Swoole Server 的进程常驻模式虽然带来了性能优势，但也带来了内存泄漏的风险。 通过有效的内存泄漏监控和 Worker 进程优雅重启，可以保证服务器的稳定性和性能。 同时，从根本上避免内存泄漏，才是解决问题的关键。 掌握这些技巧，可以帮助你构建更健壮、更可靠的 Swoole 应用。

最后的一些想法

内存泄漏是一个复杂的问题，需要综合运用监控、分析、调试和编码规范等手段来解决。 本文介绍了一些常用的方法和工具，希望能够帮助大家更好地理解和解决 Swoole Server 中的内存泄漏问题。 实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法和工具，并不断总结经验，才能有效地避免内存泄漏，保证服务器的稳定性和性能。 记住，预防胜于治疗，良好的编码习惯是避免内存泄漏的最佳方式。

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