Socket PHP

在网络编程的客户端/服务器模型中，客户端应用程序向服务器程序请求服务，一个服务器程序通常在指定地址的端口上监听对服务的请求，也就是说，服务进程会一直处于休眠状态，直到有一个客户端向这个服务器的地址端口上发出连接请求。此时，服务器程序被“惊醒”并未客户端提供服务，也就是为客户端的请求作出适当的反应。

为了方便这种客户端/服务器模型的网络编程，90年代初期由微软联合多家公司共同制定了一套Windows下的网络编写接口即WindowsSockets规范，WindowsSockets并非一种网络协议，而是一套开放的、支持多种协议的Windows下的网络编程接口。

Socket是应用层与TCP/IP协议簇通信的中间软件抽象层，是一组接口。在设计模式中，Socket是一个门面模式，它将复杂的TCP/IP协议簇隐藏在Socket接口后面，对用户而言一组简单的接口就是它的全部。

Socket抽象层

简单来说，Socket是封装好的TCP/IP通信协议的接口，提供网络通讯的能力，更加方便地使用协议栈。Socket赋予用户控制传输层和网络层的能力，从而得到更强的性能和更高的效率。Socket编程是解决高并发网络服务器中最常见和最成熟的解决方案。

Socket

网络上两个应用程序会通过一个双向的通信连接来实现数据的交换，此时连接的一端会被成为一个Socket。所以，Socket的运行至少具有两个端，比如一个服务端多个客户端。

Socket的运行流程

套接字运行流程

服务器初始化Socket后与端口进行绑定bind，接着会对端口进行监听listen，并调用accept进入阻塞状态以等待客户端的连接。
如果此时客户端初始化Socket后连接connect到服务器
如果连接建立成功，客户端就可以发送数据请求到服务器，服务端会接收请求并处理，最后将回应数据返回给客户端。
客户端读取服务器返还的数据后关闭连接，完成一次交互。

Socket

为什么说 WebSocket是一个持久化的协议呢？

WebSocket是一个持久化的协议是相对于HTTP非持久化来说的

HTTP1.0的生命周期是以request请求作为界定。即一个request请求对应一个response响应，对于HTTP来说一次客户端与服务器的会话会到此结束。
HTTP1.1中加入了keep-alive，也就是在一个HTTP连接中可以对多个请求和多个响应结束操作。然而在实时通讯方式并没太多的作用。因为HTTP只能由客户端发起请求，服务器才能返回消息，也就是说服务器不能主动向客户端推送信息，无法满足实时通讯的要求。WebSocket支持持久化连接，也就是客户端只需要一次握手，成功后即可进行数据通信。

PHP中可以操作Socket的函数分为两种，一种是以socket_开头的系列函数，另一种是以stream_开头的系列函数。socket_函数是PHP将C语言中的Socket移植过来的实现，而stream_开头的系列则是PHP使用流stream的概念将其进行的一层封装。

例如：

$ vim server.php

服务器开发流程

根据协议簇或地址簇、套接字类型、协议创建套接字
将创建好的套接字绑定到指定主机的端口上
服务器开启监听
使服务器进入无线循环不退出的状态，当没有客户的连接时程序会阻塞在accept上，当有连接进入时才会往下执行，然后再次循环，为客户端提供持久服务。

<?php
//设置脚本超时事件
set_time_limit(60);//保证在连接客户端时脚本不会因为超时而中断执行

//创建socket返回socket句柄
$domain = AF_INET;//域名
$type = SOCK_STREAM;//Socket类型
$protocol = SOL_TCP;//协议类型
$socket = socket_create($domain, $type, $protocol);
if($socket < 0){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[create] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}

//绑定socket句柄绑定到对应主机的端口
$host = "127.0.0.1";
$port = 1901;
$ret = socket_bind($socket, $host, $port);
if($ret < 0){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[bind] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}

//监听外部连接
$backlog = 4;
$ret = socket_listen($socket, $backlog);
if($ret < 0){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[listen] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}


$count = 0;
$max = 5;
do{
    //接收来自客户端的请求，调用另一个socket来处理通信。
    $spawn = socket_accept($socket);
    if($spawn < 0){
        $errmsg = socket_strerror($spawn);
        echo "[accept] {$errmsg}".PHP_EOL;
        break;
    }
    //写入客户端
    $message = "success";
    $message = mb_convert_encoding($message, "GBK", "UTF-8");//处理中文乱码
    socket_write($spawn, $message, strlen($message));
    //获取客户端的输入
    $buffer = socket_read($spawn, 8192);
    echo "[read] {$buffer}".PHP_EOL;

    if(++$count > $max){
        break;
    }
    //关闭客户端socket
    socket_close($spawn);
}while(true);

//关闭服务端socket
socket_close($socket);

运行服务器

$ php server.php

客户端

$ vim client.php

<?php
error_reporting(E_ALL);
set_time_limit(0);

$domain = AF_INET;
$type = SOCK_STREAM;
$protocol = SOL_TCP;
$socket = socket_create($domain, $type, $protocol);
if($socket < 0){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[create] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}

//设置接收套接字流的最大超时时间为1秒
$level = SOL_SOCKET;
$optname = SO_RCVTIMEO;
$optval = ["sec"=>1, "usec"=>0];
socket_set_option($socket, $level, $optname, $optval);

//设置发送套接字流的最大超时时间为6秒
$level = SOL_SOCKET;
$optname = SO_SNDTIMEO;
$optval = ["sec"=>6, "usec"=>0];
socket_set_option($socket, $level, $optname, $optval);

//连接服务器的套接字流
$address = "127.0.0.1";
$port = 1901;
$ret = socket_connect($socket, $address, $port);
if($ret < 0){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[create] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}

//向服务器写入字符串信息
$buffer = "hello world";
$buffer = mb_convert_encoding($buffer, "GBK", "UTF-8");//统一编码处理乱码
$ret = socket_write($socket, $buffer, strlen($buffer));
if(!$ret){
    $errmsg = socket_strerror($socket);
    echo "[write] {$errmsg}".PHP_EOL;
    exit;
}

//读取服务器返还的套接字流
while($recv = socket_read($socket, 8192)){
    echo "[read] {$recv}".PHP_EOL;
}

//关闭套接字流
socket_close($socket);

运行客户端

$ php client.php

代码缺陷：

一次只能为一个客户端提供服务，如果正在为第一个客户端发送消息期间有第二人个客户端来连接，那么第二个客户端就必须等待片刻后才行。
容易受到攻击，造成拒绝服务。

解决方案：

使用多进程方式，在accept到一个请求后fork处一个子进程来出来客户端的请求。

<?php
//创建TCP套接字
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);

//将套接字绑定到指定主机的端口上
$host = "0.0.0.0";
$port = 9501;
socket_bind($socket, $host, $port);

//监听客户端的套接字连接
socket_listen($socket);

//进入死循环
while(true){
    //阻塞直到有客户端连接服务器，阻塞状态进程不占用CPU
    $connection = socket_accept($socket);
    //当有新客户端连接时fork子进程专门处理
    $pid = pcntl_fork();
    //在子进程中处理当前连接的业务逻辑
    if($pid == 0){
        $msg = "success";
        socket_write($connection, $msg, strlen($msg));
        //休眠5秒用来观察同时为多个客户端提供服务
        echo date("Y-m-d H:i:s")." client".PHP_EOL;
        sleep(5);
        //关闭连接
        socket_close($connection);
        //退出程序
        exit;
    }
}
//关闭监听的socket
socket_close($socket);

代码缺陷：如果先后有1w个客户端来请求，此时服务器会fork出1w个子进程来出来每个客户端连接。fork本身是非常消耗系统资源的系统调用。

解决方案：提前预估业务量，在服务器启动时fork出固定数量的子进程，每隔子进程处于无限循环并阻塞在accept上，当有新客户端连接时处理请求，处理完毕仅仅关闭连接但本身并不销毁，继续等待下一个客户端的请求。避免进程反复fork和销毁带来的巨大资源浪费。

<?php
//创建TCP套接字
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);

//将套接字绑定到指定主机的端口上
$host = "0.0.0.0";
$port = 9501;
socket_bind($socket, $host, $port);

//监听客户端的套接字连接
socket_listen($socket);

//为主进程设置别名
cli_set_process_title("master");

//按照实际业务量fork出固定个数的子进程
$max_process = 10;
for($i=1; $i<$max_process; $i++){
    $pid = pcntl_fork();
    if($pid == 0){
        cli_set_process_title("worker");
        while(true){
            $connection = socket_accept($socket);
            $msg = "success";
            socket_write($connection, $msg, strlen($msg));
            socket_close($connection);
        }
    }
}

$ php server.php

$ ps aux | grep  worker
root       545  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       546  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       547  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       548  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       549  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       550  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       551  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       552  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       553  0.0  0.5 340468  5712 pts/1    S    15:30   0:00 worker
root       556  0.0  0.0  11112   976 pts/1    S+   15:31   0:00 grep worker

$ ps -ef|grep worker|grep -v grep
root       545     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       546     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       547     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       548     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       549     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       550     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       551     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       552     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker
root       553     1  0 15:30 pts/1    00:00:00 worker

客户端使用telnet访问

$ telnet 127.0.0.1 9501

根据进程名称批量杀死进程

$ ps -ef|grep worker|grep -v grep|awk '{print $2}'|xargs kill -9

PHP中有以socket_开头的一套函数API用于Socket编程，另外PHP5引入了流的抽象概念后，以stream_开头的一套API也可以用于网络编程，两者主要区别在于:

流stream是PHP的核心概念，以stream_开头的函数可用。
sockets是PHP的一个扩展，大部分情况下都默认启用。
socket系列函数相对底层，stream_打头系列函数是高层的抽象。

如果有要体验原生Socket编程可用使用socket_打头的API，否则建议使用stream_流函数。

socket_create

socket_create创建一个socket套接字（通讯节点）资源，成功返回一个socket套接字，失败返回false，若参数错误则会给出E_WARNING警告。

socket_create(string $net, string $stream, string $protocol) : resource

参数列表

参数1：string $net 表示网络协议，可选项包括三种：

AF_INET 表示IPv4网路协议，TCP与UDP均使用AF_INET协议。
AF_INET6 表示IPv6网络协议，TCP与UDP均采用。
AF_UNIX 表示本地通讯协议，具有高性能和底层本的进程间通讯IPC。

AF的全称为Address Family即地址簇，例如常见的IPv4、IPv6。

参数2：string $stream 表示套接字流即字节流的Socket类型，可选项包括五种：

SOCK_STREAM 表示TCP协议套接字
SOCK_DGRAM 表示UDP协议套接字

参数3：string $protocol 表示具体所使用的传输协议，可选项包括两种：

SOL_TCP 表示TCP协议
SOL_UDP 表示UDP协议

socket_connect

socket_connect($socket, $ip, $port):bool

socket_connect用于连接一个套接字，若成功返回true失败返回false。

参数列表

参数1：$socket 表示使用socket_create函数创建的套接字
参数2：$ip 表示需要连接的套接字所属的主机地址
参数3：$port 表示端口号

socket_bind

socket_bind函数用于绑定一个套接字，也就是将创建的socket资源绑定到具体的IP地址的端口上，若成功则返回true失败返回false。

socket_bind(resource $socket, string $address[, int $port]) : bool

参数列表

参数1：resource $socket 表示使用socket_create创建的socket资源，可认为是socket对应的编号。
参数2：string $address 表示主机地址
参数3：int $port 表示监听的端口号

socket_listen

socket_listen函数用于监听在指定地址下监听的套接字资源的收发操作，若成功则返回true失败返回false

socket_listen(resource $socket [, int $backlog = 0]) : bool

参数列表
参数1：resource $sockt 表示使用socket_create创建的socket资源
参数2：int $backlog 表示最大监听套接字的个数，等待处理连接队列的最大长度。

socket_accept

socket_accept表示接收套接字的资源信息，成功返回套接字的信息资源，失败返回false。监听之后接收一个即将来临的新连接，如果连接建立成功则返回一个新的socket句柄。可理解为子进程，通常父进程用来接收新连接，子进程负责具体的通信。

socket_accept(resource $socket) : resource

参数列表

参数1：resource $socket 表示使用socket_create创建的socket资源

socket_read

socket_read(resource $socket, int $length): int

socket_read函数用于读取套接字的资源信息，获取传送的数据，若读取成功则会将套接字的资源转化为字符串，失败则返回false。

参数列表

resource $socket 表示使用socket_create创建的socket资源
int $length 表示socket资源中的buffer的长度

socket_write

socket_write表示将指定数据写入到对应socket管道中，若成功则返回字符串的字节长度，失败则返回false。

socket_write(resource $socket, string $buffer [, int $length]) : int

参数列表

resource $socket 表示使用socket_create创建socket资源
string $buffer 表示写入到socket资源中的数据
int $length 表示控制写入到socket资源中的buffer的长度，如果长度大于buffer的容量则会获取buffer的容量。

socket_close

socket_close函数用于关闭套接字资源，若成功则返回true失败返回false。

socket_close(resource $socket) : bool

参数列表

resource $socket 表示使用socket_create或socket_accept产生的socket资源，不用用于stream资源的关闭。

socket_last_error

socket_last_error($socket)

socket_last_error函数用于获取套接字最后一条错误代码，若成功则返回错误代码。

socket_strerror

socket_strerror($errcode)

socket_strerror函数用于获取错误代码所对应的错误消息字符串，若成功则返回套接字的错误信息。

参数列表

$errcode是由socket_last_error函数返回的结果

stream_socket_server

由于创建一个socket的流程总是create、bind、listen，因此PHP提供了一个便捷函数用于一次性创建socket、绑定端口、监听端口。

stream_socket_server(
  string $local_socket, 
  [, int &$errno 
  [, string &$errstr 
  [,int $flag = STREAM_SERVER_BIND | STREAM_SERVERR_LISTEN 
  [, resource $context ]]]]
)

参数列表

resource $local_socket 格式为协议名://地址:端口
int $errno表示错误码
string $errmsg 表示错误信息
bool $flags 表示是否只使用该函数的部分功能
resource $context 表示使用stream_context_create函数创建的资源流上下文