Асинхронное выполнение PHP скрипта на подпроцессах
Добрый день, уважаемые хабровчане.
Сегодня я хотел бы поговорить о таких нетривиальных вещах, как асинхронные (параллельные) расчеты в языке PHP.
Сам по себе PHP — это скриптовый язык, который никогда и не претендовал на многопоточность. Но чем дальше в лес, тем более серьезные задачи стоят перед разработчиками, и тем больше приходится «извращаться» с пыхом, потому что мигрировать на более приспособленный под эти задачи язык программирования многие компании попросту боятся и не хотят. Следовательно, приходится работать с тем, что дают.
Подробности под катом…
Какое-то время назад передо мной стояла достаточно нетривиальная задача.
Если вкратце, то в проекте было реализовано примерно 20 очень тяжеловесных модулей по расчету стоимости товара.
Всё это висело на нескольких реляционных таблицах, каждый из модулей содержал свои собственные правила расчета и тп. Но выдавать на клиент всё это нужно было единым пакетом. И это должно было выполняться быстро. Очень быстро. Кеширование спасало, но в очень ограниченных объемах, совсем недостаточных для выполнения технических требований.
Алгоритм был довольно прост: на вход подавались необходимые аргументы, потом инстанцировались в массив все модули, и в цикле всё это дело просчитывалось. Ответ собирался в единый объект и выплёвывался на клиент для постобработки.
Так вот, в определенный момент мы с командой зашли в тупик, и поняли, что каждый новый модуль добавляет даже не линейное количество времени обработки, а с какой-то возрастающей прогрессией.
Как вы сами уже догадались, было предложено каким-либо образом распараллелить процесс. Но с PHP это непросто, потому что он этого не умеет делать из коробки.
Были опробованы разные решения:
К сожалению, так в итоге ни к чему и не пришли. Было решено свернуть проект.
Но для меня вопрос остался открыт, потому что решение быть должно. И ещё тогда мы задумывались о некоем подобии «подпроцессов», которые порождает основной скрипт (аналог exec () функции).
С тех пор прошло довольно много времени, из проекта я давно ушел. Но вот буквально на прошлой неделе у меня появилась одна очень нетривиальная задача: написать скрипт, который определенным образом залогирует текущее состояние некоей entity и часть её тяжелых реляционных зависимостей. Для этого используется 2 класса, правильно подготавливающих данные и сохраняющих это в БД. Проблема в том, что таких объектов примерно 2800. Мой скрипт отваливается по
PHP Fatal error: Allowed memory size of bytes exhausted.
На каждый пакет из 50 entities тратится, в среднем, 190 мб памяти, с каждым новым пакетом кол-во использованной памяти росло. При полном отключении ограничений на использование оперативки, я получил такую же ошибку плюс Segmentation Fault.
Т.е. так или иначе, нужно было придумать как избежать переполнения оперативной памяти в скрипте, и постараться сделать его «чуточку» побыстрее. Сперва попытались разобраться, почему увеличивается потребление памяти из итерацию в итерацию. Оказалось, что ноги растут из особенностей работы симфового ServiceContainer и EventDispatcher. Там в event подпихивается весь контейнер, и потом это делается рекурсивно. Обходить нам это всё было, честно говоря, лень, и мой коллега предложил довольно изящное решение.
В наборе компонентов Symfony2 есть такая замечательная штука, как Symfony Process Component.
Эта вундервафля позволяет в ходе выполнения скрипта породить подпроцесс и запустить его в CLI-режиме (как обычную консольную команду).
Сперва мы просто попробовали «отпочковывать» по одному процессу для ограничения использования RAM. Но потом в доках вычитали, что эта штука умеет работать асинхронно.
Было решено опробовать это в деле. В итоге получилось нечто вроде этого (Ниже пример с Example-репозитория на GitHub. Логика самих подпроцессов очень простая, но утяжеленная):
setName('example:main')
->setDescription('Run example command with optional number of CPUs')
->addArgument('CPUs', null, 'number of working CPUs', 2);
}
protected function execute(InputInterface $input, OutputInterface $output)
{
$channels = [];
$maxChannels = $input->getArgument('CPUs');
$exampleArray = $this->getExampleArray();
$output->writeln('Start example process');
while (count($exampleArray) > 0 || count($channels) > 0) {
foreach ($channels as $key => $channel) {
if ($channel instanceof Process && $channel->isTerminated()) {
unset($channels[$key]);
}
}
if (count($channels) >= $maxChannels) {
continue;
}
if (!$item = array_pop($exampleArray)) {
continue;
}
$process = new Process(sprintf('php index.php example:sub-process %s', $item), __DIR__ . '/../../../');
$process->start();
if (!$process->isStarted()) {
throw new \Exception($process->getErrorOutput());
}
$channels[] = $process;
}
$output->writeln('Done.');
}
/**
* @return array
*/
private function getExampleArray()
{
$array = [];
for ($i = 0; $i < 30; $i++) {
$name = 'No' . $i;
$x1 = rand(1, 10);
$y1 = rand(1, 10);
$x2 = rand(1, 10);
$y2 = rand(1, 10);
$array[] = $name . '.' . $x1 . '.' . $y1 . '.' . $x2 . '.' . $y2;
}
return $array;
}
}
setName('example:sub-process')
->setDescription('Run example sub-process command')
->addArgument('item');
}
protected function execute(InputInterface $input, OutputInterface $output)
{
$items = explode('.', $input->getArgument('item'));
$pointName = $items[0];
$x1 = $items[1];
$y1 = $items[2];
$x2 = $items[3];
$y2 = $items[4];
// Used for mocking heavy execution.
$sum = 0;
for ($i = 1; $i <= 30000000; $i++){
$sum += $i;
}
$distance = bcsqrt(pow(($x2 - $x1),2) + pow(($y2 - $y1),2));
$data = sprintf('Point %s: %s', $pointName, (string)$distance);
file_put_contents(__DIR__.'/../../../output/Point'.$pointName , print_r($data, 1), FILE_APPEND);
}
}
add(new \Example\Command\MainCommand());
$application->add(new \Example\Command\SubProcessCommand());
$application->run();
В итоге имеем примерно вот такую картину: 
Скажу откровенно, я был очень впечатлён такими возможностями.
Надеюсь, некоторым эта статья будет в помощь. В качестве дополнительного материала оставлю тут ссылку на репозиторий, где был реализован пример, приведенный выше.
Репозиторий
Спасибо за внимание. Буду рад отзывам и комментариям.
UPD
Огромное спасибо AlmazDelDiablo и skvot за напоминание.
Данное решение будет работать только в том случае, если в проекте не запрещена функция proc_open(), на которой базируется Symfony Process компонента
