PHP 调用 Go 服务的正确方式 - Unix Domain Sockets

 


问题

可能是由于经验太少,工作中经常会遇到问题,探究和解决问题的过程总想记录一下,所以我写博客经常是问题驱动,首先介绍一下今天要解决的问题:

服务耦合

我们在开发过程中可能会遇到这样的情况:

  • 进程依赖于某服务,所以把服务耦合在进程代码中;
  • 服务初始化耗时长,拖慢了进程启动时间;
  • 服务运行要占用大量内存,多进程时内存损耗严重。

如我上篇文章 小时到分钟 - 一步步优化巨量关键词的匹配 中介绍的文本匹配服务,它是消息处理流程中的一环,被多个消息处理进程依赖,每次初始化进程要 6秒 左右时间构造 Trie 树,而且服务读取关键词大文件、使用树组构造 Trie 树,会占用大量(目前设置为 256M )内存。

我已经把进程写成了守护进程的形式,让它们长时间执行,虽然不用更多地考虑初始化时间了,但占用内存量巨大的问题没有办法。如果关键词量再大一些,一台机器上面跑十来个消息处理进程后就干不了其他了。

而且,如果有需求让我把文本匹配服务封装为接口给外部调用呢?我们知道,web 服务时,每一个请求处理进程的生存周期是从受理请求到响应结束,如果每次请求都用大量内存和时间来初始化服务,那接口响应时间和服务器压力可想而知。

服务抽取

这样,服务形式必须要改变,我们希望这个文本匹配这个服务能做到:

  • 随调随走,不依赖,不再与“消息处理服务”耦合在一起;
  • 一次初始化,进程运行期间持续提供服务;
  • 同步响应,高效而准确,最好能不用各种锁来保持资源占有;

解决办法也很简单,就是把这个文本匹配的服务抽取出来,单独作为一个守护进程来运行,像一个特殊的服务器,多个“消息处理服务”在有需要时能调用此服务进程。

现在,我们需要考虑文本匹配服务进程如何与外界通信,接受匹配请求,响应匹配结果。绕来绕去,问题还是回到了 进程间通信


Unix Domain Sockets

进程间通信

进程间通信(IPC,Inter-Process Communication),指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。进程是计算机系统分配资源的最小单位(严格说来是线程)。每个进程都有自己的一部分独立的系统资源,彼此是隔离的。为了能使不同的进程互相访问资源并进行协调工作,才有了进程间通信。

进程间通信的方式有很多,网上对此介绍的也很多,下面根据文章的需求来分析一下这些方式:

  • 管道:管道是Unix最初的IPC形式,但它只能用于具有共同祖先进程的各个进程,无法用于在没有亲缘关系的进程。如果使用它,需要在“消息处理服务”中启动“文本匹配服务”,跟原来差别不大。
  • 命名管道:也被称为有名管道,它在Unix称为FIFO,它通过一个文件来进行进程间数据交互,但服务于多个进程时,需要添加锁来保证原子性,从而避免写入和读取不对应。
  • 信号和信号量:用于进程/线程事件级的通信,但它们能交流的信息太少。
  • 消息队列和共享内存:都是通过一个公共内存介质来进行通信,我之前也写过一篇关于PHP进程间使用消息队列和共享内存通信的文章: 从并发处理谈PHP进程间通信(二)System V IPC,但它们在通信上都是异步的,处理多个进程时无法分辨请求和对应的响应信息。
  • socket:通过Unix封装好的网络API来进行通信,像数据库、服务器都是通过这种方式实现,它们也能提供本地服务。不过网络socket固然能使用,但是要面临着数据包装和网络调用开销,也不是完美的选择。

简单介绍

当然还是有完美的方式的,这就是今天的主角 - Unix Domain Sockets ,它可以理解为一种特殊的 Socket,但它不需要经过网络协议栈,不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等,只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程,所以在系统内通信效率更高。而且免去了网络问题,它也更能保证消息的完整性,既不会丢失也不会顺序错乱。

作为特殊的 Socket,它的创建、调用方式和网络 Socket 一样,一次完整的交互,服务端都要经过create、bind、listen、accept、read、write,客户端要通过create、connect、write、read。与普通 Socket 不同的是它绑定一个系统内的文件,而不是 IP 和端口。

创建代码这里不再多介绍了,之前的一篇文章 用C写一个web服务器(一) 基础功能功能实现小节里详细介绍了 socket 通信的具体步骤,C 系的语言都是相似的,很容易理解。

适用场景

Unix Domain Sockets 真的是进程间通信的一个重型武器,用它可以快速实现进程间的数据、信息交互,而且不需要锁等繁杂操作,也不用考虑效率,可谓是简单高效。

当然,“重型武器” 的在各种场景下也有适合不适合。Unix Domain Sockets适用于以下场景:

  • 服务长时间存在。 Unix Domain Sockets 的服务端是个服务器一样的存在,在守护进程中,它阻塞并等待客户端连接的特性可以被充分利用。
  • 一服务器多客户端。它能通过 Socket 的文件描述符来区分不同的客户端,避免资源之间的锁操作。
  • 同一系统内。它只能在同一系统内进行进程数据复制,跨系统请使用传统 Sockets。

代码实现

接下来要 show code 了,不过学 PHP 的都知道,PHP 不太适合处理 CPU 密集形的任务,我刚好学了点 Go,一时手痒,就用 Go 实现了下 Trie 树,所以才牵扯到 PHP 和 Go 之间的通信,有了今天的文章。当然介绍的方法,并不只适合 PHP 与 Go 通信,其他语言也可以,至少 C系语言中是通用的。

完整代码见 IPC-GitHub-枕边书,里面还附带了一份随手写的 PHP 版本的 Unix Domain Sockets server 端。

Go 实现的 Trie 树

Trie树不再是今天的主题,这里介绍一下数据结构和需要注意的点。

// trie树结点定义
type Node struct {
    depth    int
    children map[int32]Node // 用map实现key-value型的 字符-节点 对应
}

需要注意:

  • 使用 slice 的 append() 函数保存递增的匹配结果时,有可能由于 slice 容量不够而重新分配地址,所以要传入 slice 的地址来保存递增后的匹配结果结果,*result = append(*result, word),最后再将递增之后的 slice 地址传回。
  • 由于 Go 中的编码统一使用的 utf-8,不用像 PHP 一样判断字符的边界,所以在进行关键词拆散和消息拆散时,直接使用 int32() 方法将关键词和消息都转换为成员为 int32 类型的 slice,匹配过程中就使用 int32 类型的数字来代表这个中文字符,匹配完成后再使用fmt.Printf("%c", int32)将其转换为中文。

Go Server

Go 中创建一个 socket 并使用的步骤非常简单,只是 Go 没有异常,判断 error 会比较恶心一点,不知道有没有大神有更好的写法。下面为了精简,把 error 全置空了。

    // 创建一个Unix domain soceket
    socket, _ := net.Listen("unix", "/tmp/keyword_match.sock")
    // 关闭时删除绑定的文件
    defer syscall.Unlink("/tmp/keyword_match.sock") 
    // 无限循环监听和受理客户端请求
    for {
        client, _ := socket.Accept()
        
        buf := make([]byte, 1024)
        data_len, _ := client.Read(buf)
        data := buf[0:data_len]
        msg := string(data)
        
        matched := trie.Match(tree, msg)
        response := []byte("[]") // 给响应一个默认值
        if len(matched) > 0 {
            json_str, _ := json.Marshal(matched)
            response = []byte(string(json_str))
        }
        _, _ = client.Write(response)
    }

PHP Client

下面是 PHP 实现的客户端:

$msg = "msg";
// 创建 连接 发送消息 接收响应 关闭连接
$socket = socket_create(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
socket_connect($socket, '/tmp/keyword_match.sock');
socket_send($socket, $msg, strlen($msg), 0);
$response = socket_read($socket, 1024);
socket_close($socket);

// 有值则为匹配成功
if (strlen($response) > 3) {
    var_dump($response);
}

小结

效率

这里总结一下这套设计的效率表现:

纯粹用 Go 进行文本关键词匹配,一千条数据运行一秒多,差不多是 PHP 效率的两倍。不过说好的 8倍效率呢?果然测评都是骗人的。当然,也可能是我写法有问题或者 Trie 树不在 Go 的发挥范围之内。然后是 PHP 使用 Unix Domain Socket 调用 Go 服务的耗时,可能是进程间复制数据耗时或 PHP 拖了后腿,3秒多一点,跟纯 PHP 脚本差不多。

杂谈

用 PHP 的都知道,PHP 因为解释型语言的特性和其高度的封装,导致其虽然在开发上速度很快,可是执行与其他语言相比略差。对此,业界的 FB 有 HHVM,PHP7 有 opcache 新特性,据说还要在 PHP8 添加 JIT,用以弥补其先天硬伤。

不过,对于开发者,特别是跟我一样对于效率有执著追求的人来说,在了解使用 PHP 的新特性之外,自己再掌握一门较高执行效率、开发效率略低的语言,用来写一些高计算量,逻辑单一的代码,与 PHP 互补或许会更好一点。

于是,在考虑良久,也见识了各种 Go 的支持者和反对者之间的撕逼后,我觉得还是要相信一下谷歌爸爸,毕竟也没什么其他我觉得可选的语言了。PS:请不要针对这一段发表意见,谢谢:)

另外C呢,虽然暂时开发中用不到,可是毕竟是当代N多语言的起源,偶尔写写数据结构、算法什么的以免生锈。而且学了些C,从 PHP 到 Go,切换起来还略有些得心应手的感觉~

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posted @ 2017-07-31 20:29 枕边书 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏