第二节 PHP中的线程安全

/* The memory manager table */
static tsrm_tls_entry   **tsrm_tls_table=NULL;
static int              tsrm_tls_table_size;
static ts_rsrc_id       id_count;
 
/* The resource sizes table */
static tsrm_resource_type   *resource_types_table=NULL;
static int                  resource_types_table_size;

• **tsrm_tls_table 的全拼 thread safe resource manager thread local storage table，用来存放各个线程的 tsrm_tls_entry 链表。
• tsrm_tls_table_size 用来表示 **tsrm_tls_table 的大小。
• id_count 作为全局变量资源的 id 生成器，是全局唯一且递增的。
• *resource_types_table 用来存放全局变量对应的资源。
• resource_types_table_size 表示 *resource_types_table 的大小。

typedef struct _tsrm_tls_entry tsrm_tls_entry;
 
struct _tsrm_tls_entry {
    void **storage;// 本节点的全局变量数组
    int count;// 本节点全局变量数
    THREAD_T thread_id;// 本节点对应的线程 ID
    tsrm_tls_entry *next;// 下一个节点的指针
};
 
typedef struct {
    size_t size;// 被定义的全局变量结构体的大小
    ts_allocate_ctor ctor;// 被定义的全局变量的构造方法指针
    ts_allocate_dtor dtor;// 被定义的全局变量的析构方法指针
    int done;
} tsrm_resource_type;

TSRM_API int tsrm_startup(int expected_threads, int expected_resources, int debug_level, char *debug_filename)
{
    /* code... */
 
    tsrm_tls_table_size = expected_threads; // SAPI 初始化时预计分配的线程数，一般都为1
 
    tsrm_tls_table = (tsrm_tls_entry **) calloc(tsrm_tls_table_size, sizeof(tsrm_tls_entry *));
 
    /* code... */
 
    id_count=0;
 
    resource_types_table_size = expected_resources; // SAPI 初始化时预先分配的资源表大小，一般也为1
 
    resource_types_table = (tsrm_resource_type *) calloc(resource_types_table_size, sizeof(tsrm_resource_type));
 
    /* code... */
 
    return 1;
}

TSRM_API ts_rsrc_id ts_allocate_id(ts_rsrc_id *rsrc_id, size_t size, ts_allocate_ctor ctor, ts_allocate_dtor dtor)
{
    int i;
 
    TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_CORE, "Obtaining a new resource id, %d bytes", size));
 
    // 加上多线程互斥锁
    tsrm_mutex_lock(tsmm_mutex);
 
    /* obtain a resource id */
    *rsrc_id = TSRM_SHUFFLE_RSRC_ID(id_count++); // 全局静态变量 id_count 加 1
    TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_CORE, "Obtained resource id %d", *rsrc_id));
 
    /* store the new resource type in the resource sizes table */
    // 因为 resource_types_table_size 是有初始值的（expected_resources），所以不一定每次都要扩充内存
    if (resource_types_table_size < id_count) {
        resource_types_table = (tsrm_resource_type *) realloc(resource_types_table, sizeof(tsrm_resource_type)*id_count);
        if (!resource_types_table) {
            tsrm_mutex_unlock(tsmm_mutex);
            TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_ERROR, "Unable to allocate storage for resource"));
            *rsrc_id = 0;
            return 0;
        }
        resource_types_table_size = id_count;
    }
 
    // 将全局变量结构体的大小、构造函数和析构函数都存入 tsrm_resource_type 的数组 resource_types_table 中
    resource_types_table[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(*rsrc_id)].size = size;
    resource_types_table[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(*rsrc_id)].ctor = ctor;
    resource_types_table[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(*rsrc_id)].dtor = dtor;
    resource_types_table[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(*rsrc_id)].done = 0;
 
    /* enlarge the arrays for the already active threads */
    // PHP内核会接着遍历所有线程为每一个线程的 tsrm_tls_entry
    for (i=0; i<tsrm_tls_table_size; i++) {
        tsrm_tls_entry *p = tsrm_tls_table[i];
 
        while (p) {
            if (p->count < id_count) {
                int j;
 
                p->storage = (void *) realloc(p->storage, sizeof(void *)*id_count);
                for (j=p->count; j<id_count; j++) {
                    // 在该线程中为全局变量分配需要的内存空间
                    p->storage[j] = (void *) malloc(resource_types_table[j].size);
                    if (resource_types_table[j].ctor) {
                        // 最后对 p->storage[j] 地址存放的全局变量进行初始化，
                        // 这里 ts_allocate_ctor 函数的第二个参数不知道为什么预留，整个项目中实际都未用到过，对比PHP7发现第二个参数也的确已经移除了
                        resource_types_table[j].ctor(p->storage[j], &p->storage);
                    }
                }
                p->count = id_count;
            }
            p = p->next;
        }
    }
 
    // 取消线程互斥锁
    tsrm_mutex_unlock(tsmm_mutex);
 
    TSRM_ERROR((TSRM_ERROR_LEVEL_CORE, "Successfully allocated new resource id %d", *rsrc_id));
    return *rsrc_id;
}

ZEND_DECLARE_MODULE_GLOBALS(array)

static void php_array_init_globals(zend_array_globals *array_globals)
{
    memset(array_globals, 0, sizeof(zend_array_globals));
}
 
/* code... */
 
PHP_MINIT_FUNCTION(array) /* {{{ */
{
    ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS(array, php_array_init_globals, NULL);
    /* code... */
}

#ifdef ZTS
 
#define ZEND_DECLARE_MODULE_GLOBALS(module_name)                            \
    ts_rsrc_id module_name##_globals_id;
 
#define ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS(module_name, globals_ctor, globals_dtor)   \
    ts_allocate_id(&module_name##_globals_id, sizeof(zend_##module_name##_globals), (ts_allocate_ctor) globals_ctor, (ts_allocate_dtor) globals_dtor);
 
#else
 
#define ZEND_DECLARE_MODULE_GLOBALS(module_name)                            \
    zend_##module_name##_globals module_name##_globals;
 
#define ZEND_INIT_MODULE_GLOBALS(module_name, globals_ctor, globals_dtor)   \
    globals_ctor(&module_name##_globals);
 
#endif

#ifdef ZTS
#define ARRAYG(v) TSRMG(array_globals_id, zend_array_globals *, v)
#else
#define ARRAYG(v) (array_globals.v)
#endif

#define TSRMG(id, type, element) (((type) (*((void ***) tsrm_ls))[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(id)])->element)

#define THREAD_HASH_OF(thr,ts)  (unsigned long)thr%(unsigned long)ts
 
static MUTEX_T tsmm_mutex;
 
void *ts_resource_ex(ts_rsrc_id id, THREAD_T *th_id)
{
    THREAD_T thread_id;
    int hash_value;
    tsrm_tls_entry *thread_resources;
 
    // tsrm_tls_table 在 tsrm_startup 已初始化完毕
    if(tsrm_tls_table) {
        // 初始化时 th_id = NULL;
        if (!th_id) {
 
            //第一次为空 还未执行过 pthread_setspecific 所以 thread_resources 指针为空
            thread_resources = pthread_getspecific(tls_key);
 
            if(thread_resources){
                TSRM_SAFE_RETURN_RSRC(thread_resources->storage, id, thread_resources->count);
            }
 
            thread_id = pthread_self();
        } else {
            thread_id = *th_id;
        }
    }
    // 上锁
    pthread_mutex_lock(tsmm_mutex);
 
    // 直接取余，将其值作为数组下标，将不同的线程散列分布在 tsrm_tls_table 中
    hash_value = THREAD_HASH_OF(thread_id, tsrm_tls_table_size);
    // 在 SAPI 调用 tsrm_startup 之后，tsrm_tls_table_size = expected_threads
    thread_resources = tsrm_tls_table[hash_value];
 
    if (!thread_resources) {
        // 如果还没，则新分配。
        allocate_new_resource(&tsrm_tls_table[hash_value], thread_id);
        // 分配完毕之后再执行到下面的 else 区间
        return ts_resource_ex(id, &thread_id);
    } else {
         do {
            // 沿着链表逐个匹配
            if (thread_resources->thread_id == thread_id) {
                break;
            }
            if (thread_resources->next) {
                thread_resources = thread_resources->next;
            } else {
                // 链表的尽头仍然没有找到，则新分配，接到链表的末尾
                allocate_new_resource(&thread_resources->next, thread_id);
                return ts_resource_ex(id, &thread_id);
            }
         } while (thread_resources);
    }
 
    TSRM_SAFE_RETURN_RSRC(thread_resources->storage, id, thread_resources->count);
 
    // 解锁
    pthread_mutex_unlock(tsmm_mutex);
 
}

static void allocate_new_resource(tsrm_tls_entry **thread_resources_ptr, THREAD_T thread_id)
{
    int i;
 
    (*thread_resources_ptr) = (tsrm_tls_entry *) malloc(sizeof(tsrm_tls_entry));
    (*thread_resources_ptr)->storage = (void **) malloc(sizeof(void *)*id_count);
    (*thread_resources_ptr)->count = id_count;
    (*thread_resources_ptr)->thread_id = thread_id;
    (*thread_resources_ptr)->next = NULL;
 
    // 设置线程本地存储变量。在这里设置之后，再到 ts_resource_ex 里取
    pthread_setspecific(*thread_resources_ptr);
 
    if (tsrm_new_thread_begin_handler) {
        tsrm_new_thread_begin_handler(thread_id, &((*thread_resources_ptr)->storage));
    }
 
    for (i=0; i<id_count; i++) {
        if (resource_types_table[i].done) {
            (*thread_resources_ptr)->storage[i] = NULL;
        } else {
            // 为新增的 tsrm_tls_entry 节点添加 resource_types_table 的资源
            (*thread_resources_ptr)->storage[i] = (void *) malloc(resource_types_table[i].size);
            if (resource_types_table[i].ctor) {
                resource_types_table[i].ctor((*thread_resources_ptr)->storage[i], &(*thread_resources_ptr)->storage);
            }
        }
    }
 
    if (tsrm_new_thread_end_handler) {
        tsrm_new_thread_end_handler(thread_id, &((*thread_resources_ptr)->storage));
    }
 
    pthread_mutex_unlock(tsmm_mutex);
}

// 以 pthread 为例
// 1. 首先定义了 tls_key 全局变量
static pthread_key_t tls_key;
 
// 2. 然后在 tsrm_startup 调用 pthread_key_create() 来创建该变量
pthread_key_create( &tls_key, 0 ); 
 
// 3. 在 allocate_new_resource 中通过 tsrm_tls_set 将 *thread_resources_ptr 指针变量存入了全局变量 tls_key 中
tsrm_tls_set(*thread_resources_ptr);// 展开之后为 pthread_setspecific(*thread_resources_ptr);
 
// 4. 在 ts_resource_ex 中通过 tsrm_tls_get() 获取在该线程中设置的 *thread_resources_ptr 
//    多线程并发操作时，相互不会影响。
thread_resources = tsrm_tls_get();

#define TSRM_SAFE_RETURN_RSRC(array, offset, range)     \
    if (offset==0) {                                    \
        return &array;                                  \
    } else {                                            \
        return array[TSRM_UNSHUFFLE_RSRC_ID(offset)];   \
    }

#define TSRMLS_D void ***tsrm_ls   /* 不带逗号，一般是唯一参数的时候，定义时用 */
#define TSRMLS_DC , TSRMLS_D       /* 也是定义时用，不过参数前面有其他参数，所以需要个逗号 */
#define TSRMLS_C tsrm_ls
#define TSRMLS_CC , TSRMLS_C

NOTICE 写扩展的时候可能很多同学都分不清楚到底用哪一个，通过宏展开我们可以看到，他们分别是带逗号和不带逗号，以及申明及调用，那么英语中“D"就是代表：Define，而 后面的"C"是 Comma，逗号，前面的"C"就是Call。

• 究竟什么是TSRMLS_CC？- 54chen
• 深入研究PHP及Zend Engine的线程安全模型