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[PHP] Swoole 6.2引入io_uring：异步IO性能超Golang 3倍、Node.js 4.4倍

发表于 13 小时前 | 查看: 1| 回复: 0

在高性能服务器开发领域，每一毫秒的延迟优化和每一次系统调用的减少都至关重要。如今，随着 Swoole 6.2 正式发布，一个里程碑式的突破随之而来：该版本全面引入了 io_uring 技术，用以替代传统的 epoll 实现异步 IO。

实测数据给出了令人印象深刻的答案：

Swoole + io_uring 的 QPS 高达 146,872！
性能是 Golang HTTP Server 的 3.06 倍
性能是 Node.js 的 4.44 倍
平均延迟从 2.81ms 大幅降至 1.36ms，性能提升超过 100%

这不仅仅是一次常规的性能优化，更是 PHP 在高并发服务领域一次具有颠覆意义的进化。

📊 测试环境与对比基准

为确保测试的公平性与可比性，所有服务均运行在同一台物理机上，并且限制为单核 CPU 执行，以避免多线程调度带来的干扰。

项目	配置
CPU	Intel® Core™ i7-8700K @ 3.70GHz × 12 核
内存	32GB DDR4
系统	Ubuntu 22.04.5 LTS
工具	`wrk -c 200 -d 5s` 模拟高并发 HTTP 请求

测试说明

✅ Golang net/http（设置 GOMAXPROCS=1）
✅ Node.js http 模块
✅ Swoole 6.2 Coroutine Http Server（两种模式）：
- 使用传统 epoll
- 启用 io_uring 新架构（uring-socket）

Golang 测试代码

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
    "runtime"
)

func main() {
    runtime.GOMAXPROCS(1)

    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        w.Header().Add("Server", "golang-http-server")
        fmt.Fprint(w, "<h1>\nHello world!\n</h1>\n")
    })

    log.Printf("Go http Server listen on :8080")
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

Node.js 测试代码

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
    res.writeHead(200, {
        'Server': "node.js"
    });
    res.end("<h1>Hello World</h2>");
}).listen(8080, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:8080/');

Swoole 测试代码

<?php
$pool = new Swoole\Process\Pool(1, SWOOLE_IPC_NONE);

$pool->on('WorkerStart', function($pool, $workerId){
    Swoole\Runtime::setHookFlags(0);
    Co\run(function(){
        $server = new Swoole\Coroutine\Http\Server("127.0.0.1", 9501, false, true);
        $server->handle('/', function($request, $response){
            $response->end("<h1>\nHello world!\n</h1>\n");
        });
        $server->start();
    });
});

$pool->start();

测试结果

Golang

wrk -c 200 -d 5s http://127.0.0.1:8080/
Running 5s test @ http://127.0.0.1:8080/
  2 threads and 200 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency     4.26ms    2.40ms  46.67ms   83.66%
    Req/Sec    24.19k     3.43k   27.42k    81.00%
  240611 requests in 5.01s, 58.74MB read
Requests/sec:  48008.89
Transfer/sec:     11.72MB

Node.js

wrk -c 200 -d 5s http://127.0.0.1:8080/
Running 5s test @ http://127.0.0.1:8080/
  2 threads and 200 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency    13.21ms   46.34ms 617.05ms   96.85%
    Req/Sec    16.68k     1.59k   17.56k    96.00%
  165991 requests in 5.01s, 28.34MB read
Requests/sec:  33114.29
Transfer/sec:      5.65MB

Swoole 6.2 (uring-socket)

wrk -c 200 -d 5s http://127.0.0.1:9501/
Running 5s test @ http://127.0.0.1:9501/
  2 threads and 200 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency     1.36ms  210.22us   2.65ms   96.28%
    Req/Sec    73.91k     7.25k   77.98k    92.00%
  734585 requests in 5.00s, 124.00MB read
Requests/sec: 146872.82
Transfer/sec:     24.79MB

Swoole 6.2 (epoll)

wrk -c 200 -d 5s http://127.0.0.1:9501/
Running 5s test @ http://127.0.0.1:9501/
  2 threads and 200 connections
  Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
    Latency     2.81ms  623.43us  18.10ms   87.26%
    Req/Sec    35.89k     3.96k   39.48k    85.00%
  357169 requests in 5.01s, 60.29MB read
Requests/sec:  71252.96
Transfer/sec:     12.03MB

📈 性能对比结果一览

框架/语言	Requests/sec (QPS)	Transfer/sec	平均延迟
Golang	48,009	11.72 MB	4.26ms
Node.js	33,114	5.65 MB	13.21ms
Swoole (epoll)	71,253	12.03 MB	2.81ms
Swoole (io_uring)	146,873	24.79 MB	1.36ms

🔺 Swoole + io_uring 在单线程下的并发能力就达到了约 15 万 QPS，相比自身的 epoll 模式提升超过 100%，相比 Golang 提升近 3 倍，相比 Node.js 提升近 4.4 倍，性能表现显著优于主流语言运行时！

🧠 为什么 `io_uring` 如此强大？技术原理解密

要理解这次性能飞跃，我们需要深入到 Linux 内核层面，探究 io_uring 究竟带来了哪些革命性的变革。

1️⃣ 传统 IO 模型的瓶颈：`epoll` 的天花板

长期以来，Linux 下的高性能网络服务高度依赖 epoll 与非阻塞 socket 相结合的事件驱动模型。其基本工作流程可以概括为：

用户态程序 -> epoll_ctl 添加监听 -> 发生事件 -> epoll_wait 返回 -> read/write 系统调用 -> 数据拷贝 -> 处理请求

但这个经典模型存在几个固有的性能瓶颈：

❌ 频繁系统调用开销大：每一个 accept、read、write 操作都需要进行一次用户态到内核态的系统调用。
❌ 上下文切换成本高：频繁的用户态与内核态之间切换会消耗大量 CPU 资源。
❌ 无法批量处理 IO 请求：每次只能提交一个 IO 操作，无法聚合。
❌ 数据拷贝次数多：尤其在未启用零拷贝优化时，数据在内核与用户缓冲区之间的来回复制成为性能杀手。

当并发连接数达到数万级别时，这些看似微小的开销叠加起来，就会形成一个巨大的性能黑洞。

2️⃣ `io_uring`：Linux 5.1 引入的异步 IO 革命

io_uring 是由 Linux 块设备层核心维护者 Jens Axboe 于 2019 年引入 Linux 5.1 的全新异步 IO 接口。它的设计目标是 彻底重构用户空间与内核之间的 IO 通信机制。

✅ 核心优势一：共享内存 Ring Buffer 设计

io_uring 的核心在于使用了两个环形缓冲区：提交队列（Submission Queue, SQ）和完成队列（Completion Queue, CQ）。这两个队列通过 mmap 直接映射到用户进程的地址空间，实现了用户态与内核态之间的无锁并发访问。

+------------------+     +--------------------+
| 用户程序         |<--->| 内核               |
| - 提交 IO 请求   |     | - 执行 IO 操作     |
| - 轮询完成队列   |     | - 写入完成事件     |
+------------------+     +--------------------+
       ↑_________________________↓
           共享内存，无需系统调用！

这种设计带来了根本性的改变：

✔️ 提交 IO 请求时，用户程序只需向共享内存中的 SQ 写入数据，无需执行系统调用。
✔️ 获取 IO 完成事件时，可以通过轮询 CQ 或配置中断来实现，方式灵活。
✔️ 几乎完全消除了上下文切换的开销。

✅ 核心优势二：批量提交 & 批量完成（Batching）

传统的 epoll 模型下，一次 epoll_wait 调用最多返回几百个就绪事件，并且每个具体的 IO 操作（如 read/write）都需要单独发起一次系统调用。

而 io_uring 原生支持批量操作：

// 一次性提交多个 IO 请求
io_uring_submit_multiple(&ring, sqes, count);

// 一次性获取多个完成事件
io_uring_peek_batch_cqe(&ring, &cqes, max);

在 Swoole 这样的网络服务器场景中，可以将成百上千个 recv、send、accept 等 socket 操作打包，一次性提交给内核处理。这极大地降低了单位请求的平均处理开销，在处理海量短连接时优势尤为明显。

✅ 核心优势三：零拷贝支持（Zero-Copy I/O）

这是实现性能飞跃的关键特性之一。

借助 io_uring 提供的 IORING_SETUP_SQPOLL 和 MSG_ZEROCOPY 等特性，Swoole 可以实现：

数据直接从内核的页缓存（page cache）发送到网卡，完全不经过用户态的缓冲区。
发送 HTTP 响应时，可以使用 splice() 或 send_zc() 等系统调用，避免内存复制。
这种特性特别适合静态文件服务、高频 API 响应等场景。

例如，在返回一个简单的 “Hello World” 响应时，数据可以直接从内核映射到 socket 的发送缓冲区，跳过了从用户态内存拷贝到内核态的多余步骤。

✅ 核心优势四：内核线程轮询模式（SQ Polling）

当启用 IORING_SETUP_SQPOLL 标志后，内核会启动一个专用的内核线程来持续轮询（poll）提交队列（SQ）。这意味着 用户进程完全无需主动触发任何系统调用，内核线程就能自动发现并执行新的 IO 请求。

这种模式对追求极致低延迟和高吞吐的服务极为友好。它特别适合 Swoole 协程调度器这种会产生高频、细粒度 IO 操作的场景，使得 IO 提交的延迟降至最低。

🔄 Swoole 如何集成 `io_uring`？

Swoole 6.2 在底层对协程调度器与 Socket 层进行了重构，新增了 uring-socket 模块，实现了对 io_uring 接口的完整封装。在编译安装 Swoole 扩展时，需要添加 --enable-uring-socket 以及 --enable-iouring 参数来启用此功能。

💡 注意：

需要 Linux 5.5（且内核配置 CONFIG_IO_URING=y）以上版本的内核，推荐使用 Ubuntu 22.04 或更新的操作系统。

若在 Docker 环境中使用 io_uring，需要在运行容器时添加 --security-opt seccomp=unconfined 参数以放宽安全限制。

🤔 为什么 PHP+Swoole 能超越 Golang 和 Node.js？

许多人可能会感到惊讶：“不是常说 Go 和 JavaScript 的运行时更适合高并发吗？” 其实，答案就藏在底层 IO 模型的选择上。

对比项	Golang	Node.js	Swoole (io_uring)
IO 模型	epoll + goroutine	epoll + event loop	io_uring + 协程
系统调用	多次 syscall	多次 syscall	极少甚至无 syscall
数据拷贝	通常有 copy	有 copy	支持零拷贝
批处理能力	弱	弱	强（批量提交）
上下文切换	中等	中等	极低（共享内存）

👉 Swoole + io_uring 所做的并非简单的“优化”，而是一次彻底的“换道超车”！

它不再受限于传统的“系统调用 + 事件回调”编程范式，而是迈入了“用户态与内核态通过共享内存协同计算”的新时代。这种底层架构的先进性，直接转化为了压倒性的性能优势。

🛠️ 如何体验 Swoole 6.2 + io_uring？

步骤 1：确认系统支持

uname -r
# 内核版本必须 >= 5.5 （建议 5.10+）

# 检查内核是否编译了 io_uring 支持
grep CONFIG_IO_URING /boot/config-$(uname -r)
# 输出应为：CONFIG_IO_URING=y

步骤 2：编译安装 Swoole 6.2+

假设已下载 Swoole 源码并进入其目录：

phpize
./configure --enable-uring-socket --enable-iouring
make -j $(nproc)
sudo make install

最后，别忘了在 php.ini 中添加 extension=swoole。

步骤 3：编写测试代码并启用协程

<?php
Swoole\Runtime::setHookFlags(SWOOLE_HOOK_ALL);
Co\run(function(){
    $server = new Swoole\Coroutine\Http\Server("127.0.0.1", 9501, false, true);
    $server->handle('/', function($req, $resp){
        $resp->end("<h1>Hello World</h1>");
    });
    $server->start();
});

✅ 运行上述脚本，然后访问 http://127.0.0.1:9501，你就站在了一个能轻松支撑百万级 QPS 的服务起点上！

🎯 展望未来：PHP 的高性能时代已来

过去，“PHP 是世界上最好的语言”更多是一种社区内的调侃。但现在，随着 Swoole 的持续进化、PHP 8.x 系列 JIT 编译器的引入，以及 io_uring 等底层技术的加持，PHP 正在蜕变为一个真正意义上的高性能服务端语言。

不妨想象一下这些场景：

微服务网关用 PHP 来编写？
实时聊天服务器基于 Swoole 构建？
百万并发量的 API 网关运行在 PHP 上？

这些曾经看似遥远的构想，如今已触手可及。Swoole 6.2 的发布，标志着 PHP 在云原生与高性能计算时代正式宣告回归。

📣 结语：重估 PHP 的价值，把握 io_uring 的浪潮

“性能不是一切，但没有性能，什么都不是。”

Swoole 团队通过这次硬核的技术升级证明了一个事实：只要勇于突破底层系统的限制，深入整合最前沿的内核特性，PHP 同样可以在高性能的战场上，与 Golang、Node.js 等选手正面较量并取得优势。

如果你仍在沿用传统的 PHP-FPM 配合 Nginx 的架构运行 Laravel 等应用，或许是时候审视并升级你的技术栈了。

🔥 拥抱协程，拥抱真正的异步，拥抱 io_uring —— 下一代基于 PHP 的高性能微服务与网络应用，就此启程。

📚 参考资料

本文旨在探讨技术可能性，更多关于高性能网络编程与后端架构的深度讨论，欢迎访问云栈社区与广大开发者交流。

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