#network-programming

前言

随着工作年限的变长，干这行的紧迫感仍然和刚参加工作一样，毫无疑问作为一名服务端开发人员网络编程是我下一步需要攻破的地方之一：

学习思路

以下是我对学习网络编程的一个简单的学习思路，之后我将会按照这个计划去逐步学习网络编程相关的知识。

step 1. 原生php实现TCP Server -> 原生php实现http协议 -> 掌握tcpdump的使用 -> 深刻理解tcp连接过程
step 2. 原生php实现多进程webserver
    2.1 引入I/O多路复用
    2.2 引入php协程(yield)
    2.3 对比 I/O多路复用版本 和 协程版本的性能差异

step 3. 实现简单的go web框架

step 4. php c扩展实现简单的webserver

为什么我会选择用php去学习网络编程？因为对于我来说，php算是最熟悉的，其次php相对来说简单些，同时php自身也有相应的函数支持。

我们今天先开始第一部分的学习。

step 1. 原生php实现TCP Server -> 原生php实现http协议 -> 掌握tcpdump的使用 -> 深刻理解tcp连接过程

正文

我们先简单回顾下php作为后端语言的常见的交互方式过程：

client –(protocol:http)–> nginx –(protocol:fastcgi)–> php-fpm –(interface:sapi)–> php

在这里nginx充当的web server和反向代理server的角色，把http协议转换成了fastcgi协议。看到这里有些小伙伴可能会说了：“如果php自己直接处理http请求，不就可以不用nginx&php-fpm了么？”遗憾的是原生php木有实现http协议(是吧，欢迎纠错)。

然后可能又有小伙伴说：“原生php不是支持tcp协议么？nginx把http请求代理成tcp协议不就可以不用php-fpm了吗。”，嗯，是的，没错。这位小伙伴的描述的交互过程如下：

client –(protocol:http)–> nginx –(protocol:tcp)–> php

这样看起来是没啥问题，很不错的想法，但是理论来说还是没有实现http协议，接收到的内容应该还是一坨字符串。我们马上来试一下：

step 1: 起一个nginx服务

step 2: php简单实现一个TCP server，简单的代码如下

<?php

$server = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);

socket_bind($server, '127.0.0.1', '8889');
socket_listen($server);

while (true) {
    $client = socket_accept($server);
    if (! $client) {
        continue;
    }
    $request = socket_read($client, 1024);
    // 查看接收到的内容
    var_dump($request);
    socket_close($client);
}

step 3: nginx 反向代理http请求到上面的tcp server, 配置如下

upstream tcp_server {
    ip_hash;
    server 127.0.0.1:8889 max_fails=3 fail_timeout=5;
}

server {
    listen       80;
    server_name  test.local;

    access_log  /tmp/logs/nginx/test.access.log  main;

    location / {
        proxy_set_header X-Forwarded-For $remote_addr;
        proxy_set_header Host            $http_host;
        proxy_pass http://tcp_server;
    }

}

最后我们访问下http://test.local/?aaa=1/看下打印的结果和之前的推测一致:

string(127) "GET /?aaa=1 HTTP/1.0
X-Forwarded-For: 127.0.0.1
Host: test.local
Connection: close
User-Agent: curl/7.54.0
Accept: */*

"

所以我们就需要实现http协议，既然都实现了http协议，那就可以直接使用http作为web server了。

client –(protocol:http)–> php

是吧！之后nginx的角色就是负载均衡，其实过分点你自己也可以用php做负载均衡。

原生php实现TCP Server

接着我们看看如何用php创建一个简单的TCP Server过程如下：

主要涉及的PHP函数如下：

socket_create

socket_listen

socket_accept

socket_recv || socket_read

socket_write

socket_close

代码：

<?php

$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);

socket_bind($socket, '127.0.0.1', '8889');

socket_listen($socket);

while (true) {
    // accept
    $client = socket_accept($server);
    if (! $client) {
        continue;
    }
    $request = socket_read($client, 1024);
    socket_close($client);
    echo socket_strerror(socket_last_error($server)) . "\n";
}

命令行运行上述代码，然后用nc命令测试小tcp连接是否成功：

(tigerb) ➜  demo git:(master) ✗ nc -z -v 127.0.0.1 8889
found 0 associations
found 1 connections:
     1: flags=82<CONNECTED,PREFERRED>
        outif lo0
        src 127.0.0.1 port 60668
        dst 127.0.0.1 port 8889
        rank info not available
        TCP aux info available

Connection to 127.0.0.1 port 8889 [tcp/ddi-tcp-2] succeeded!

没毛病，TCP Server起来了。

原生php实现HTTP协议

上面简单的TCP Server基本出来了，我们需要让php直接成为一个Web Server，想一想Web Server是基于HTTP协议的，HTTP协议又是基于TCP协议实现的。也就是说我们在上面的TCP Server基础上实现下HTTP协议即可。我们改进下流程图加入HTTP部分（橙黄色），如下

实现HTTP协议的过程其实就是：

能读懂发来请求的信息
能返回给浏览器等客户端它们能懂的信息

协议无非就是双方协定好的规范，一样在HTTP/1.1中请求&响应的格式基本如下

请求：

<HTTP Method> <url> <HTTP Version>
<KEY>:<VALUE>\r\n
...
\r\n

响应：

<HTTP Version> <HTTP Status> <HTTP Status Description>
<KEY>:<VALUE>\r\n
...
\r\n

所以简单来说，我们的php代码只要按照上面的规范解析和返回出对应的内容即可，简单的代码例子如下：

/**
 * php实现简单的http协议
 */
class HttpProtocol
{
    /**
     * 原始请求字符串
     *
     * @var string
     */
    public  $originRequestContentString = '';

    /**
     * 原始请求字符串拆得的列表
     *
     * @var array
     */
    private $originRequestContentList = [];

    /**
     * 原始请求字符串拆得的键值对
     *
     * @var array
     */
    private $originRequestContentMap = [];

    /**
     * 定义响应头信息
     *
     * @var array
     */
    private $responseHead = [
        'http'         => 'HTTP/1.1 200 OK',
        'content-type' => 'Content-Type: text/html',
        'server'       => 'Server: php/0.0.1',
    ];

    /**
     * 定义响应体信息
     *
     * @var string
     */
    private $responseBody = '';

    /**
     * 响应内容
     *
     * @var string
     */
    public  $responseData = '';

    /**
     * 解析请求信息
     *
     * @param string $content
     * @return void
     */
    public function request($content = '')
    {
        if (empty($content)) {
            // exception
        
        }
        $this->originRequestContentList = explode("\r\n", $this->originRequestContentString);
        if (empty($this->originRequestContentList)) {
            // exception

        }
        foreach ($this->originRequestContentList as $k => $v) {
            if ($v === '') {
                // 过滤空
                continue;
            }
            if ($k === 0) {
                // 解析http method/request_uri/version
                list($http_method, $http_request_uri, $http_version) = explode(' ', $v);
                $this->originRequestContentMap['Method'] = $http_method;
                $this->originRequestContentMap['Request-Uri'] = $http_request_uri;
                $this->originRequestContentMap['Version'] = $http_version;
                continue;
            }
            list($key, $val) = explode(': ', $v);
            $this->originRequestContentMap[$key] = $val;
        }
    }
    
    /**
     * 组装响应内容
     *
     * @param [type] $responseBody
     * @return void
     */
    public function response($responseBody)
    {
        $count = count($this->responseHead);
        $finalHead = '';
        foreach ($this->responseHead as $v) {
            $finalHead .= $v . "\r\n";
        }
        $this->responseData = $finalHead . "\r\n" . $responseBody;
    }
}

我们在socket_read后面插入代码即可

while (true) {
    // accept
    $client = socket_accept($server);
    if (! $client) {
        continue;
    }
    $request = socket_read($client, 1024);

    /**
     * HTTP 
     */
    $http = new HttpProtocol;
    $http->originRequestContentString = $request;
    $http->request($request);
    $http->response("Hello World");
    socket_write($client, $http->responseData);
    
    socket_close($client);
    echo socket_strerror(socket_last_error($server)) . "\n";
}

最后访问http://127.0.0.1:8889/结果如下，或者浏览器打开页面即输出“Hello World”

(tigerb) ➜  demo git:(master) ✗ curl "http://127.0.0.1:8889/" -vv
*   Trying 127.0.0.1...
* TCP_NODELAY set
* Connected to 127.0.0.1 (127.0.0.1) port 8889 (#0)
> GET / HTTP/1.1
> Host: 127.0.0.1:8889
> User-Agent: curl/7.54.0
> Accept: */*
>
< HTTP/1.1 200 OK
< Content-Type: text/html
< Server: php/0.0.1
* no chunk, no close, no size. Assume close to signal end
<
* Closing connection 0
Hello World%

结语

至此我们用php就简单搭建出了一个web server，在这个基础上php就可以直接和客户端交互了。最后，我们将用这个简单的web server通过tcpdump抓包来分析tcp的连接过程。静待～