四 分析easyswoole源码（启动服务&Cache组件原理）

前文提到的在系统设置Cache组件 Cache::getInstance()的时候,会去调用processManager去创建Cache的进程，然后以管道通信的方式进行设置缓存和获取缓存。

Cache是以单例模式实现的。构造器会进行如下操作

//根据配置创建指定数目的Cache服务进程，然后启动。
$num = intval(Config::getInstance()->getConf("EASY_CACHE.PROCESS_NUM"));//默认配置数目是1，在Config.php里'EASY_CACHE.PROCESS_NUM'=>1
if($num <= 0){
   return;
}
$this->cliTemp = new SplArray();//这个数组以后会给单元测试时候单独使用，正常模式这个数组是不使用的
//若是在主服务创建，而非单元测试调用
if(ServerManager::getInstance()->getServer()){
    //创建了一个swoole_table ,表名为__Cache,里面存储data(后面就讲到其实这里存储的是操作Cache的指令)作用是用来做GC(防止Cache被撑爆)
    TableManager::getInstance()->add(self::EXCHANGE_TABLE_NAME,[
        'data'=>[
            'type'=>Table::TYPE_STRING,
            'size'=>10*1024
        ],
        'microTime'=>[
            'type'=>Table::TYPE_STRING,
            'size'=>15
        ]
    ],2048);
    $this->processNum = $num;
    for ($i=0;$i < $num;$i++){
        ProcessManager::getInstance()->addProcess($this->generateProcessName($i),CacheProcess::class);
    }
}

ProcessManager::getInstance()->addProcess($this->generateProcessName($i),CacheProcess::class)这句话才是Cache的核心逻辑。

ProcessManager::getInstance()这句话主要做了下面的操作
ProcessManager 的__construct构造函数创建了一个swoole_table,表名是process_hash_map

TableManager::getInstance()->add(
    'process_hash_map',[
        'pid'=>[
            'type'=>Table::TYPE_INT,
            'size'=>10
        ]
    ],256
);

addProcess($this->generateProcessName($i),CacheProcess::class);
$this->generateProcessName($i)这个代码很简单就是根据$i来设置进程名称
addProcess 是在processList存储CacheProcess::class的实例,具体代码如下

$key = md5($processName);
if(!isset($this->processList[$key])){
    try{

        $process = new $processClass($processName,$args,$async);
        $this->processList[$key] = $process;
        return true;
    }catch (Throwable $throwable){
        Trigger::throwable($throwable);
        return false;
    }
}else{
    trigger_error("you can not add the same name process : {$processName}.{$processClass}");
    return false;
}

那么CacheProcess::class的实例话做了什么操作呢
$this->cacheData = new SplArray();//这里很关键，为什么这么说每个Cache进程实际保存的缓存值都是在这里的，每个Cache进程都有自己的一个cacheData数组
$this->persistentTime = Config::getInstance()->getConf('EASY_CACHE.PERSISTENT_TIME');
parent::__construct($processName, $args);
CacheProcess::class继承于AbstractProcess
AbstractProcess的构造方法

$this->async = $async;
$this->args = $args;
$this->processName = $processName;
$this->swooleProcess = new swoole_process([$this,'__start'],false,2);
ServerManager::getInstance()->getServer()->addProcess($this->swooleProcess);//然后swoole服务会addProcess一个Cache的任务进程。

__start方法主要是给swoole_table,表名为process_hash_map插入当前CacheProcess的进程名为key，进程IDpid为value。并且注册进程退出的事件。

if(PHP_OS != 'Darwin'){
    $process->name($this->getProcessName());
}
TableManager::getInstance()->get('process_hash_map')->set(
    md5($this->processName),['pid'=>$this->swooleProcess->pid]
);
ProcessManager::getInstance()->setProcess($this->getProcessName(),$this);
if (extension_loaded('pcntl')) {
    pcntl_async_signals(true);
}
Process::signal(SIGTERM,function ()use($process){
    $this->onShutDown();
    TableManager::getInstance()->get('process_hash_map')->del(md5($this->processName));
    swoole_event_del($process->pipe);
    $this->swooleProcess->exit(0);
});
if($this->async){
    swoole_event_add($this->swooleProcess->pipe, function(){
        $msg = $this->swooleProcess->read(64 * 1024);
        $this->onReceive($msg);
    });
}
$this->run($this->swooleProcess);

$this->run($this->swooleProcess)这个函数是CacheProcess如果配置了persistentTime，就会开启一个定时器定时去取$file = Config::getInstance()->getConf('TEMP_DIR')."/{$processName}.data";的数据备份，默认是0也就是不会去做定时数据落地的操作

看到这里才是Cache组件在第一次实例化的时候做的相关事情，总结就是创建了指定数量的Cache进程绑定到swoole服务器上。在全局的process_hash_map表中能找到对应的Cache进程ID。然后Cache进程是可以以管道方式来进行通信。

set缓存方法

public function set($key,$data)
{
    if(!ServerManager::getInstance()->isStart()){
        $this->cliTemp->set($key,$data);
    }
    if(ServerManager::getInstance()->getServer()){
        $num = $this->keyToProcessNum($key);
        $msg = new Msg();
        $msg->setCommand('set');
        $msg->setArg('key',$key);
        $msg->setData($data);
        ProcessManager::getInstance()->getProcessByName($this->generateProcessName($num))->getProcess()->write(swoole_serialize::pack($msg));//直接把需要缓存的数据，封装成msg然后write给hash映射到的Cache进程
    }
}

当进程获取到的时候会回调onReceive方法

public function onReceive(string $str,...$agrs)
{
    // TODO: Implement onReceive() method.

    $msg = swoole_serialize::unpack($str);
    $table = TableManager::getInstance()->get(Cache::EXCHANGE_TABLE_NAME);
    if(count($table) > 1900){
        //接近阈值的时候进行gc检测
        //遍历Table 依赖pcre 如果发现无法遍历table,检查机器是否安装pcre-devel
        //超过0.1s 基本上99.99%为无用数据。
        $time = microtime(true);
        foreach ($table as $key => $item){
            if(round($time - $item['microTime']) > 0.1){
                $table->del($key);
            }
        }
    }
    if($msg instanceof Msg){
        switch ($msg->getCommand()){
            case 'set':{
                $this->cacheData->set($msg->getArg('key'),$msg->getData());
                break;
            }
            case 'get':{
                $ret = $this->cacheData->get($msg->getArg('key'));
                $msg->setData($ret);
                $table->set($msg->getToken(),[
                    'data'=>swoole_serialize::pack($msg),
                    'microTime'=>microtime(true)
                ]);
                break;
            }
            case 'del':{
                $this->cacheData->delete($msg->getArg('key'));
                break;
            }
            case 'flush':{
                $this->cacheData->flush();
                break;
            }
            case 'enQueue':{
                $que = $this->cacheData->get($msg->getArg('key'));
                if(!$que instanceof SplQueue){
                    $que = new SplQueue();
                    $this->cacheData->set($msg->getArg('key'),$que);
                }
                $que->enqueue($msg->getData());
                break;
            }
            case 'deQueue':{

                $que = $this->cacheData->get($msg->getArg('key'));
                if(!$que instanceof SplQueue){
                    $que = new SplQueue();
                    $this->cacheData->set($msg->getArg('key'),$que);
                }
                $ret = null;
                if(!$que->isEmpty()){
                    $ret = $que->dequeue();
                }
                $msg->setData($ret);
                //deQueue 有cli 服务未启动的请求，但无token
                if(!empty($msg->getToken())){
                    $table->set($msg->getToken(),[
                        'data'=>swoole_serialize::pack($msg),
                        'microTime'=>microtime(true)
                    ]);
                }
                break;
            }
            case 'queueSize':{
                $que = $this->cacheData->get($msg->getArg('key'));
                if(!$que instanceof SplQueue){
                    $que = new SplQueue();
                }
                $msg->setData($que->count());
                $table->set($msg->getToken(),[
                    'data'=>swoole_serialize::pack($msg),
                    'microTime'=>microtime(true)
                ]);
                break;
            }
        }
    }
}

这里一开始会进行缓存GC确保内存不会撑爆

set方法会直接给$this->cacheData，设置缓存值。

get方法比较特殊，它会去给Cache进程发送get的命令，然后Cache读取到命令会将值写到_Cache，Swoole_table表中。然后再去读取（这个会有一个while循环，类似自旋）出缓存内容。这样的好处，可以确保可以读取到当时的数据缓存，不会因为高并发读取到最新的缓存值内容。而且还能更有效的做gc，防止Cache内存撑爆。

public function get($key,$timeOut = 0.01)
{
    if(!ServerManager::getInstance()->isStart()){
        return $this->cliTemp->get($key);
    }
    $num = $this->keyToProcessNum($key);
    $token = Random::randStr(9);//这个是一个凭证，是确保获取到自己此刻想获取的cache数据，和事务类似为了保证可重复读
    $process = ProcessManager::getInstance()->getProcessByName($this->generateProcessName($num));
    $msg = new  Msg();
    $msg->setArg('timeOut',$timeOut);
    $msg->setArg('key',$key);
    $msg->setCommand('get');
    $msg->setToken($token);
    $process->getProcess()->write(swoole_serialize::pack($msg));
    return $this->read($token,$timeOut);
}

$process->getProcess()->write(swoole_serialize::pack($msg))发这个包给Cache进程，Cache进程会进行下面这些操作

$ret = $this->cacheData->get($msg->getArg('key'));//获取到当前的缓存值
$msg->setData($ret);
//将当前的内容设置到_Cache表中,token是请求的时候发过来的凭证原样拼装。这有什么好处呢，就是确保在高并发下，在A时刻获取的缓存，不会拿到后面B时刻更新的值。
$table->set($msg->getToken(),[
    'data'=>swoole_serialize::pack($msg),
    'microTime'=>microtime(true)
]);

$this->read($token,$timeOut);
//这里的操作是直接从_Cache表中获取缓存数据，如果缓存存在并且进程调度没有超时，然后在表中将取过数据的内容删除掉返回
private function read($token,$timeOut)
{
    $table = TableManager::getInstance()->get(self::EXCHANGE_TABLE_NAME);
    $start = microtime(true);
    $data = null;
    while(true){
        usleep(1);
        if($table->exist($token)){
            $data = $table->get($token)['data'];
            $data = swoole_serialize::unpack($data);
            if(!$data instanceof Msg){
                $data = null;
            }
            break;
        }
        if(round($start - microtime(true),3) > $timeOut){
            break;
        }
    }
    $table->del($token);
    if($data){
        return $data->getData();
    }else{
        return null;
    }
}
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