史上最LOW的PHP连接池解决方案

Posted 2021-04-06 PHP技术大全

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 Pool

PHP Pool

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 str_byte = string.byte

local str_gmatch = string.gmatch

local str_sub = string.sub

local str_upper = string.upper

local function parse_request(sock)

    local line, err = sock:receive()

    if not line then

        return nil, err

    end

    local prefix = str_byte(line)

    if prefix == 42 then -- char '*'

        local result = {}

        local num = tonumber(str_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(str_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 str_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 = str_byte(line)

    if prefix == 42 then -- char '*'

        local num = tonumber(str_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(str_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_data(value)

    local result = {"*", #value, "\r\n"}

    for i = 1, #value do

        local v = value[i]

        result[#result + 1] = "$"

        result[#result + 1] = #v

        result[#result + 1] = "\r\n"

        result[#result + 1] = v

        result[#result + 1] = "\r\n"

    end

    return result

end

local function status_reply(message)

    return "+" .. message .. "\r\n"

end

local function command_args(request)

    local command = request[1]

    command = str_upper(command)

    local args = {}

    for i = 2, #request do

        args[#args + 1] = request[i]

    end

    return command, args

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 database = 0

    local transactional = false

    local upstream_sock = rawget(red, "_sock")

    local downstream_sock = assert(ngx.req.socket(true))

    while true do

        local request, err = parse_request(downstream_sock)

        if not request then

            if err == "client aborted" then

                break

            end

            return exit(err)

        end

        local command, args = command_args(request)

        if command == "QUIT" then

            downstream_sock:send(status_reply("OK"))

            break

        end

        upstream_sock:send(build_data(request))

        local response, err = fetch_response(upstream_sock)

        if not response then

            return exit(err)

        end

        if command == "SELECT" then

            database = tonumber(args[1])

        elseif command == "MULTI" then

            transactional = true

        elseif command == "EXEC" or command == "DISCARD" then

            transactional = false

        end

        downstream_sock:send(response)

    end

    if database ~= 0 then

        red:select(0)

    end

    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

// 使用连接池

$redis = new Redis();

$redis->connect('/tmp/redis.sock');

$redis->set("foo", bar);

$redis->get("foo");

?>

<?php

// 不使用连接池

$redis = new Redis();

$redis->connect('ip', 'port');

$redis->auth('password')

$redis->set("foo", bar);

$redis->get("foo");

?>

推荐在独立服务器上用 ab 测试，需要注意 Nginx 的 worker_processes 别设置太小，否则并发能力上不来，此外，测试过程中注意观察 tw（TIME_WAIT） 数量：

shell> ab -k -n 10000 -c 10 http://test/url

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 代码里不用再执行额外的请求。我在 4 核 8 G 配置的服务器上测试，发现使用连接池后，性能提升了 20% 以上，不过要注意的是，如果 redis 操作比较多，那么使用连接池性能提升可能不明显，这是因为连接池本身需要重复解析请求和响应，抵消了部分好处。当然了，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，最简单的方法无疑是监控客户端关闭连接的事件，对 PHP 来说是很简单，请求结束时自然会关闭连接，如果你希望提前释放连接的话，那么需要一个标识，语义上 QUIT 是很好的标识，用的话可以手动发送一个 rawCommand('quit')。

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。

原文链接：https://huoding.com/2017/09/10/635