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PHP连接池解决方案

时间:2017-09-18 21:51来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

大多数 PHP 程序员从来没有使用过连接池,主要原因是按照 PHP 本身的运行机制并不容易实现连接池,于是乎 PHP 程序员一方面不得不承受其它程序员的冷嘲热讽,另一方面还得面对频繁短链接导致的性能低下和 TIME_WAIT 等问题。

 

说到这,我猜一定会有 PHP 程序员跳出来说可以使用长连接啊,效果是一样一样的。比如以 PHP 中最流行的 Redis 模块 PhpRedis 为例,便有 pconnect 方法可用,通过它可以复用之前创建的连接,效果和使用连接池差不多。可惜实际情况是 PHP 中各个模块的长连接方法并不好用,基本上是鸡肋一样的存在,原因如下:

  • 首先,按照 PHP 的运行机制,长连接在建立之后只能寄居在工作进程之上,也就是说有多少个工作进程,就有多少个长连接,打个比方,我们有 10 台 PHP 服务器,每台启动 1000 个 PHP-FPM 工作进程,它们连接同一个 Redis 实例,那么此 Redis 实例上最多将存在 10000 个长连接,数量完全失控了!
  • 其次,PHP 的长连接本身并不健壮。一旦网络异常导致长连接失效,没有办法自动关闭重新连接,以至于后续请求全部失败,此时除了重启服务别无它法!

问题分析到这里似乎进入了死胡同:按常规做法是没法实现了。

别急着,如果问题比较棘手,我们不妨绕着走。让我们把目光聚焦到 Nginx 的身上,其 stream 模块实现了 TCP/UDP 服务的负载均衡,同时借助 stream-lua 模块,我们就可以实现可编程的 stream 服务,也就是用 Nginx 实现自定义的 TCP/UDP 服务!当然你可以自己从头写 TCP/UDP 服务,不过站在 Nginx 肩膀上无疑是更省时省力的选择。

可是 Nginx 和 PHP 连接池有什么关系?且听我慢慢道来:通常大部分 PHP 是搭配 Nginx 来使用的,而且 PHP 和 Nginx 多半是在同一台服务器上。有了这个客观条件,我们就可以利用 Nginx 来实现一个连接池,在 Nginx 上完成连接 Redis 等服务的工作,然后 PHP 通过本地的 Unix Domain Socket 来连接 Nginx,如此一来既规避了短链接的种种弊端,也享受到了连接池带来的种种好处。

PHP连接池解决方案
 

下面以 Redis 为例来讲解一下实现过程,事先最好对 Redis 交互协议有一定的了解,推荐阅读官方文档或中文翻译,具体实现可以参考 lua-resty-redis 库,虽然它只是一个客户端库,但是 Redis 客户端请求和服务端响应实际上格式是差不多通用的。

首先在 nginx.conf 文件中加入如下配置:

stream {
    lua_code_cache on;
    lua_check_client_abort on;
    lua_package_path "/path/to/?.lua;;";

    server {
        listen unix:/tmp/redis.sock;

        content_by_lua_block {
             local redis = require "redis"
             pool = redis:new({
                 ip = "...", port = "...", auth = "..."
             })
             pool:run()
        }
    }
}

然后在 lua_package_path 配置的路径上创建 redis.lua 文件:

local redis = require "resty.redis"

local assert = assert
local print = print
local rawget = rawget
local setmetatable = setmetatable
local tonumber = tonumber
local byte = string.byte
local gmatch = string.gmatch
local sub = string.sub
local upper = string.upper

local function parse_request(sock)
    local line, err = sock:receive()

    if not line then
        return nil, err
    end

    local prefix = byte(line)

    if prefix == 42 then -- char '*'
        local result = {}

        local num = tonumber(sub(line, 2))

        if num <= 0 then
            return nil, "Wrong protocol format"
        end

        for i = 1, num do
            local res, err = parse_request(sock)

            if res == nil then
                return nil, err
            end

            result[i] = res
        end

        return result
    end

    if prefix == 36 then -- char '$'
        local size = tonumber(sub(line, 2))

        if size < 0 then
            return nil, "Wrong protocol format"
        end

        local result, err = sock:receive(size)

        if not result then
            return nil, err
        end

        local crlf, err = sock:receive(2)

        if not crlf then
            return nil, err
        end

        return result
    end

    -- inline
    local result = {}

    for res in gmatch(line, "%S+") do
        result[#result + 1] = res
    end

    return result
end

local function fetch_response(sock)
    local line, err = sock:receive()

    if not line then
        return nil, err
    end

    local result = {line, "\r\n"}
    local prefix = byte(line)

    if prefix == 42 then -- char '*'
        local num = tonumber(sub(line, 2))

        if num <= 0 then
            return result
        end

        for i = 1, num do
            local res, err = fetch_response(sock)

            if res == nil then
                return nil, err
            end

            for x = 1, #res do
                result[#result + 1] = res[x]
            end
        end
    elseif prefix == 36 then -- char '$'
        local size = tonumber(sub(line, 2))

        if size < 0 then
            return result
        end

        local res, err = sock:receive(size)

        if not res then
            return nil, err
        end

        local crlf, err = sock:receive(2)

        if not crlf then
            return nil, err
        end

        result[#result + 1] = res
        result[#result + 1] = crlf
    end

    return result
end

local function build_request(args)
    local result = {"*", #args, "\r\n"}

    for i = 1, #args do
        local arg = args[i]

        result[#result + 1] = "$"
        result[#result + 1] = #arg
        result[#result + 1] = "\r\n"
        result[#result + 1] = arg
        result[#result + 1] = "\r\n"
    end

    return result
end

local function string_response(msg)
    return "+" .. msg .. "\r\n"
end

local function exit(err)
    ngx.log(ngx.NOTICE, err)

    return ngx.exit(ngx.ERROR)
end

local _M = {}

_M._VERSION = "1.0"

function _M.new(self, config)
    local t = {
        _ip = config.ip or "127.0.0.1",
        _port = config.port or 6379,
        _timeout = config.timeout or 100000,
        _size = config.size or 10,
        _auth = config.auth,
    }

    return setmetatable(t, { __index = _M })
end

function _M.run(self)
    local ip = self._ip
    local port = self._port
    local timeout = self._timeout
    local size = self._size
    local auth = self._auth

    local red = redis:new()
    local ok, err = red:connect(ip, port)

    if not ok then
        return exit(err)
    end

    if auth then
        local times = assert(red:get_reused_times())

        if times == 0 then
            local ok, err = red:auth(auth)

            if not ok then
                return exit(err)
            end
        end
    end

    local transactional = false

    local upstream_sock = rawget(red, "_sock")
    local downstream_sock = assert(ngx.req.socket(true))

    while true do
        local res, err = parse_request(downstream_sock)

        if not res then
            if err == "client aborted" then
                break
            end

            return exit(err)
        end

        local command = res[1]

        if not command then
            return exit("Invalid command")
        end

        command = upper(command)

        if command == "QUIT" then
            downstream_sock:send(string_response("OK"))
            break
        end

        upstream_sock:send(build_request(res))
        local res, err = fetch_response(upstream_sock)

        if not res then
            return exit(err)
        end

        if command == "MULTI" then
            transactional = true
        elseif command == "EXEC" or command == "DISCARD" then
            transactional = false
        end

        downstream_sock:send(res)
    end

    -- red:select(0)

    if transactional then
        red:discard()
    end

    red:set_keepalive(timeout, size)
end

return _M

测试的 PHP 脚本内容如下:

<?php

$num = 1000;

$redis = new Redis();

// 使用连接池
for ($i = 0; $i < $num; $i++) {
    $redis->connect('/tmp/redis.sock');
    $redis->set("foo", bar);
    $redis->get("foo");
}

// 不使用连接池
for ($i = 0; $i < $num; $i++) {
    $redis->connect('ip', 'port');
    $redis->auth('password')
    $redis->set("foo", bar);
    $redis->get("foo");
}

?>

测试过程中,留意观察 tw(TIME_WAIT) 数量的变化:

 shell> watch -n1 'cat /proc/net/sockstat'

通过引入连接池,connect 本身就变得很快了,而且因为我们在连接池中统一完成了 auth 授权,所以 PHP 代码里不用在进行额外的请求。不过要注意的是,如果 redis 操作比较多,那么使用连接池反倒会大大降低性能,这是因为连接池本身需要重复解析请求和响应,抵消了本身的好处。不过不应该仅从效率方面来决定取舍,连接池还能实现很多高级功能,比如我们可以在连接池里动态判断当前请求查询的 key 是不是 hot key,是就本地缓存起来,直接用缓存响应请求。

大概说明一下连接池的原理,当我们 connect 的时候,ngx lua 会优先从连接池中获取连接,当我们 set_keepalive 的时候,ngx lua 会把连接放回连接池。在一次连接里,用户可能需要多次操作 Redis,于是我们使用了 while true 来循环获取用户的多次操作,不过这样的话,需要有一个请求结束的标识,以便跳出循环执行 set_keepalive,从而把连接放回连接池。语义上 QUIT 操作是很好的标识,不过可惜的是新版的 PhpRedis 已经不再自动发送 QUIT,所以我们需要手动发送一个 rawCommand,需要说明的是,旧版 PhpRedis 发送 QUIT 使用的是 inline 格式,我们用 rawCommand 发送的是通用格式。手动发送 QUIT 让人不爽,不过利用 register_shutdown_function,不难实现自动化。当然了,更简单的方法是直接监控用户关闭连接的事件。

鲁迅说:真的猛士,敢于直面惨淡的人生,敢于正视淋漓的鲜血。从这个角度看,本文的做法实在是 LOW,不过换个角度看,二战中德军对付马其诺防线也干过类似的勾当,所以管它 LOW 不 LOW,能解决问题的方法就是好方法。

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