10 September 2015

Асинхронное выполнение PHP скрипта на подпроцессах

PHPSymfonyConcurrent computing


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 <over9000> bytes exhausted.

На каждый пакет из 50 entities тратится, в среднем, 190мб 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):

MainCommand
<?php

namespace Example\Command;

use Symfony\Component\Console\Command\Command;
use Symfony\Component\Console\Input\InputInterface;
use Symfony\Component\Console\Output\OutputInterface;
use Symfony\Component\Process\Process;

class MainCommand extends Command
{
   protected function configure()
   {
       $this->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();
       $output->writeln('<fg=green>Start example process</>');
       while (count($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('<bg=green;fg=black>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;
   }
}


SubProcessCommand
<?php

namespace Example\Command;

use Symfony\Component\Console\Command\Command;
use Symfony\Component\Console\Input\InputInterface;
use Symfony\Component\Console\Output\OutputInterface;

class SubProcessCommand extends Command
{
   protected function configure()
   {
       $this->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);
   }
}


index.php
<?php
require __DIR__ . '/vendor/autoload.php';

use Symfony\Component\Console\Application;

$application = new Application();
$application->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

Обновил скриншот htop. Теперь есть данные по процессам. Спасибо hell0w0rd
Tags:phpsymfony2параллельное программированиеcliconsole
Hubs: PHP Symfony Concurrent computing
+6
21.6k 133
Comments 24