不知道怎么回事總是令人不舒服的，因此我通過閱讀源碼和查閱有限的資料簡要了解一下相關(guān)機(jī)制，本文是我對研究內(nèi)容的總結(jié)。 本文首先解釋了線程安全的概念及PHP中線程安全的背景，然后詳細(xì)研究了PHP的線程安全機(jī)制ZTS（Zend Thread Safety）及具體的實(shí)現(xiàn)TSRM，研究內(nèi)容包括相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)及運(yùn)行機(jī)制，最后研究了Zend對于單線程和多線程環(huán)境的選擇性編譯問題。 

線程安全 
線程安全問題，一言以蔽之就是多線程環(huán)境下如何安全存取公共資源。我們知道，每個線程只擁有一個私有棧，共享所屬進(jìn)程的堆。在C中，當(dāng)一個變量被聲明在任何函數(shù)之外時，就成為一個全局變量，這時這個變量會被分配到進(jìn)程的共享存儲空間，不同線程都引用同一個地址空間，因此一個線程如果修改了這個變量，就會影響到全部線程。這看似為線程共享數(shù)據(jù)提供了便利，但是PHP往往是每個線程處理一個請求，因此希望每個線程擁有一個全局變量的副本，而不希望請求間相互干擾。 早期的PHP往往用于單線程環(huán)境，每個進(jìn)程只啟動一個線程，因此不存在線程安全問題。后來出現(xiàn)了多線程環(huán)境下使用PHP的場景，因此Zend引入了Zend線程安全機(jī)制（Zend Thread Safety，簡稱ZTS）用于保證線程的安全。 

ZTS的基本原理及實(shí)現(xiàn) 
基本思想 
說起來ZTS的基本思想是很直觀的，不是就是需要每個全局變量在每個線程都擁有一個副本嗎？那我就提供這樣的機(jī)制： 在多線程環(huán)境下，申請全局變量不再是簡單聲明一個變量，而是整個進(jìn)程在堆上分配一塊內(nèi)存空間用作“線程全局變量池”，在進(jìn)程啟動時初始化這個內(nèi)存池，每當(dāng)有線程需要申請全局變量時，通過相應(yīng)方法調(diào)用TSRM（Thread Safe Resource Manager，ZTS的具體實(shí)現(xiàn)）并傳遞必要的參數(shù)（如變量大小等等），TSRM負(fù)責(zé)在內(nèi)存池中分配相應(yīng)內(nèi)存區(qū)塊并將這塊內(nèi)存的引用標(biāo)識返回，這樣下次這個線程需要讀寫此變量時，就可以通過將唯一的引用標(biāo)識傳遞給TSRM，TSRM將負(fù)責(zé)真正的讀寫操作。這樣就實(shí)現(xiàn)了線程安全的全局變量。下圖給出了ZTS原理的示意圖： 

Thread1和Thread2同屬一個進(jìn)程，其中各自需要一個全局變量Global Var，TSRM為兩者在線程全局內(nèi)存池中（黃色部分）各自分配了一個區(qū)域，并且通過唯一的ID進(jìn)行標(biāo)識，這樣兩個線程就可以通過TSRM存取自己的變量而互不干擾。 下面通過具體的代碼片段看一下Zend具體是如何實(shí)現(xiàn)這個機(jī)制的。這里我用的是PHP5.3.8的源碼。 TSRM的實(shí)現(xiàn)代碼在PHP源碼的“TSRM”目錄下。 

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 
TSRM中比較重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩個：tsrm_tls_entry和tsrm_resource_type。下面先看tsrm_tls_entry。 tsrm_tls_entry定義在TSRM/TSRM.c中： 

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef struct _tsrm_tls_entry tsrm_tls_entry; 

struct _tsrm_tls_entry { 
void **storage; 
int count; 
THREAD_T thread_id; 
tsrm_tls_entry *next; 
} 

每個tsrm_tls_entry結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)表示一個線程的所有全局變量資源，其中thread_id存儲線程ID，count記錄全局變量數(shù)，next指向下一個節(jié)點(diǎn)。storage可以看做指針數(shù)組，其中每個元素是一個指向本節(jié)點(diǎn)代表線程的一個全局變量。最終各個線程的tsrm_tls_entry被組成一個鏈表結(jié)構(gòu)，并將鏈表頭指針賦值給一個全局靜態(tài)變量tsrm_tls_table。注意，因?yàn)閠srm_tls_table是一個貨真價實(shí)的全局變量，所以所有線程會共享這個變量，這就實(shí)現(xiàn)了線程間的內(nèi)存管理一致性。tsrm_tls_entry和tsrm_tls_table結(jié)構(gòu)的示意圖如下： 

tsrm_resource_type的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單一些： 

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef struct { 
size_t size; 
ts_allocate_ctor ctor; 
ts_allocate_dtor dtor; 
int done; 
} 

tsrm_resource_type;上文說過tsrm_tls_entry是以線程為單位的（每個線程一個節(jié)點(diǎn)），而tsrm_resource_type以資源（或者說全局變量）為單位，每次一個新的資源被分配時，就會創(chuàng)建一個tsrm_resource_type。所有tsrm_resource_type以數(shù)組（線性表）的方式組成tsrm_resource_table，其下標(biāo)就是這個資源的ID。每個tsrm_resource_type存儲了此資源的大小和構(gòu)造、析構(gòu)方法指針。某種程度上，tsrm_resource_table可以看做是一個哈希表，key是資源ID，value是tsrm_resource_type結(jié)構(gòu)。 

實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 
這一小節(jié)分析TSRM一些算法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。因?yàn)檎麄€TSRM涉及代碼比較多，這里揀其中具有代表性的兩個函數(shù)分析。 第一個值得注意的是tsrm_startup函數(shù)，這個函數(shù)在進(jìn)程起始階段被sapi調(diào)用，用于初始化TSRM的環(huán)境。由于tsrm_startup略長，這里摘錄出我認(rèn)為應(yīng)該注意的地方： 

復(fù)制代碼代碼如下:

/* Startup TSRM (call once for the entire process) */ 
TSRM_API int tsrm_startup(int expected_threads, int expected_resources, int debug_level, char *debug_filename) 
{ 
/* code... */ 

tsrm_tls_table_size = expected_threads; 

tsrm_tls_table = (tsrm_tls_entry **) calloc(tsrm_tls_table_size, sizeof(tsrm_tls_entry *)); 
if (!tsrm_tls_table) { 
TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_ERROR, "Unable to allocate TLS table")); 
return 0; 
} 
id_count=0; 

resource_types_table_size = expected_resources; 
resource_types_table = (tsrm_resource_type *) calloc(resource_types_table_size, sizeof(tsrm_resource_type)); 
if (!resource_types_table) { 
TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_ERROR, "Unable to allocate resource types table")); 
free(tsrm_tls_table); 
tsrm_tls_table = NULL; 
return 0; 
} 

/* code... */ 

return 1; 
} 

其實(shí)tsrm_startup的主要任務(wù)就是初始化上文提到的兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第一個比較有意思的是它的前兩個參數(shù)：expected_threads和expected_resources。這兩個參數(shù)由sapi傳入，表示預(yù)計的線程數(shù)和資源數(shù)，可以看到tsrm_startup會按照這兩個參數(shù)預(yù)先分配空間（通過calloc）。因此TSRM會首先分配可容納expected_threads個線程和expected_resources個資源的。要看各個sapi默認(rèn)會傳入什么，可以看各個sapi的源碼（在sapi目錄下），我簡單看了一下： 

可以看到比較常用的sapi如mod_php5、php-fpm和cgi都是預(yù)分配一個線程和一個資源，這樣是因?yàn)椴辉咐速M(fèi)內(nèi)存空間，而且多數(shù)情況下PHP還是運(yùn)行于單線程環(huán)境。 這里還可以看到一個id_count變量，這個變量是一個全局靜態(tài)變量，其作用就是通過自增產(chǎn)生資源ID，這個變量在這里被初始化為0。所以TSRM產(chǎn)生資源ID的方式非常簡單：就是一個整形變量的自增。 第二個需要仔細(xì)分析的就是ts_allocate_id，編寫過PHP擴(kuò)展的朋友對這個函數(shù)肯定不陌生，這個函數(shù)...