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。
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。
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