Composer的Autoload源碼實現——啟動與初始化

MarvinZhang 發布于2019-06-27 16:27 / 2223人閱讀

摘要：任務是加載類的初始化頂級命名空間與文件路徑映射初始化和注冊。在實際情況下可能會出現這樣的情況。值得注意的是這個函數返回的是一個匿名函數，為什么呢原因就是類中的等等都是的。。。關于匿名函數的綁定功能。

前言

在開始之前，歡迎關注我自己的博客：www.leoyang90.cn

上一篇文章，我們討論了 PHP 的自動加載原理、PHP 的命名空間、PHP 的 PSR0 與 PSR4 標準，有了這些知識，其實我們就可以按照 PSR4 標準寫出可以自動加載的程序了。然而我們為什么要自己寫呢？尤其是有 Composer 這神一樣的包管理器的情況下？

Composer 自動加載概論

簡介

Composer 是 PHP 的一個依賴管理工具。它允許你申明項目所依賴的代碼庫，它會在你的項目中為你安裝他們。詳細內容可以查看 Composer 中文網。
Composer Composer 將這樣為你解決問題：

你有一個項目依賴于若干個庫。

其中一些庫依賴于其他庫。

你聲明你所依賴的東西。

Composer 會找出哪個版本的包需要安裝，并安裝它們（將它們下載到你的項目中）。

例如，你正在創建一個項目，你需要一個庫來做日志記錄。你決定使用 monolog。為了將它添加到你的項目中，你所需要做的就是創建一個 composer.json 文件，其中描述了項目的依賴關系。

{
  "require": {
    "monolog/monolog": "1.2.*"
  }
}

然后我們只要在項目里面直接use MonologLogger即可，神奇吧！
簡單的說，Composer 幫助我們下載好了符合 PSR0 或 PSR4 標準的第三方庫，并把文件放在相應位置；幫我們寫了 _autoload() 函數，注冊到了 spl_register() 函數，當我們想用第三方庫的時候直接使用命名空間即可。
??
那么當我們想要寫自己的命名空間的時候，該怎么辦呢？很簡單，我們只要按照 PSR4 標準命名我們的命名空間，放置我們的文件，然后在 composer 里面寫好頂級域名與具體目錄的映射，就可以享用 composer 的便利了。
當然如果有一個非常棒的框架，我們會驚喜地發現，在 composer 里面寫頂級域名映射這事我們也不用做了，框架已經幫我們寫好了頂級域名映射了，我們只需要在框架里面新建文件，在新建的文件中寫好命名空間，就可以在任何地方 use 我們的命名空間了。
下面我們就以 laravel 框架為例，講一講 composer 是如何實現 PSR0 和 PSR4 標準的自動加載功能。

Composer 自動加載文件

首先，我們先大致了解一下 Composer 自動加載所用到的源文件。

autoload_real.php：自動加載功能的引導類。任務是 composer 加載類的初始化(頂級命名空間與文件路徑映射初始化)和注冊( spl_autoload_register() )。

ClassLoader.php：composer 加載類。composer 自動加載功能的核心類。

autoload_static.php：頂級命名空間初始化類，用于給核心類初始化頂級命名空間。

autoload_classmap.php：自動加載的最簡單形式，有完整的命名空間和文件目錄的映射；

autoload_files.php：用于加載全局函數的文件，存放各個全局函數所在的文件路徑名；

autoload_namespaces.php：符合 PSR0 標準的自動加載文件，存放著頂級命名空間與文件的映射；

autoload_psr4.php：符合 PSR4 標準的自動加載文件，存放著頂級命名空間與文件的映射；

啟動

laravel 框架的初始化是需要 composer 自動加載協助的，所以 laravel 的入口文件 index.php 第一句就是利用 composer 來實現自動加載功能。

  require __DIR__."/../bootstrap/autoload.php";

咱們接著去看 bootstrap 目錄下的 autoload.php：

  define("LARAVEL_START", microtime(true));

  require __DIR__."/../vendor/autoload.php";

再去vendor目錄下的autoload.php：

  require_once __DIR__ . "/composer" . "/autoload_real.php";

  return ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::getLoader();

為什么框架要在 bootstrap/autoload.php 轉一下？個人理解，laravel 這樣設計有利于支持或擴展任意有自動加載的第三方庫。
好了，我們終于要看到了 Composer 真正要顯威的地方了。autoload_real 里面就是一個自動加載功能的引導類，這個類不負責具體功能邏輯，只做了兩件事：初始化自動加載類、注冊自動加載類。
到 autoload_real 這個文件里面去看，發現這個引導類的名字叫 ComposerAutoloaderInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e，為什么要叫這么古怪的名字呢？因為這是防止用戶自定義類名跟這個類重復沖突了，所以在類名上加了一個 hash 值。
其實還有一個原因，那就是composer運行加載多個ComposerAutoloaderInit類。在實際情況下可能會出現這樣的情況：vendor／modelA／vendor／composer。也就是說第三方庫中也存在著一個composer，他有著自己所依賴的各種庫，也是通過composer來加載。這樣的話就會有兩個ComposerAutoloaderInit類，那么就會觸發redeclare的錯誤。給ComposerAutoloaderInit加上一個hash，那么就可以實現多個class loader 的加載。

autoload_real 引導類

在 vendor 目錄下的 autoload.php 文件中我們可以看出，程序主要調用了引導類的靜態方法 getLoader()，我們接著看看這個函數。

public static function getLoader()
{
  /***************************經典單例模式********************/
  if (null !== self::$loader) {
      return self::$loader;
  }

  /***********************獲得自動加載核心類對象********************/
  spl_autoload_register(array("ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e", "loadClassLoader"), true, true);

  self::$loader = $loader = new ComposerAutoloadClassLoader();

  spl_autoload_unregister(array("ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e", "loadClassLoader"));

  /***********************初始化自動加載核心類對象********************/
  $useStaticLoader = PHP_VERSION_ID >= 50600 &&
  !defined("HHVM_VERSION");

  if ($useStaticLoader) {
      require_once __DIR__ . "/autoload_static.php";

      call_user_func(ComposerAutoloadComposerStaticInit
      832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::getInitializer($loader));

  } else {
      $map = require __DIR__ . "/autoload_namespaces.php";
      foreach ($map as $namespace => $path) {
          $loader->set($namespace, $path);
      }

      $map = require __DIR__ . "/autoload_psr4.php";
      foreach ($map as $namespace => $path) {
          $loader->setPsr4($namespace, $path);
      }

      $classMap = require __DIR__ . "/autoload_classmap.php";
      if ($classMap) {
          $loader->addClassMap($classMap);
      }
  }

  /***********************注冊自動加載核心類對象********************/
  $loader->register(true);

  /***********************自動加載全局函數********************/
  if ($useStaticLoader) {
      $includeFiles = ComposerAutoloadComposerStaticInit
                      832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$files;
  } else {
      $includeFiles = require __DIR__ . "/autoload_files.php";
  }

  foreach ($includeFiles as $fileIdentifier => $file) {
      composerRequire
      832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e($fileIdentifier, $file);
  }

  return $loader;
}

從上面可以看出，我把自動加載引導類分為5個部分。

第一部分——單例

第一部分很簡單，就是個最經典的單例模式，自動加載類只能有一個,多次加載影響效率，可能會引起重復require同一個文件。

if (null !== self::$loader) {
  return self::$loader;
}

第二部分——構造 ClassLoader 核心類

第二部分 new 一個自動加載的核心類對象。

  /***********************獲得自動加載核心類對象********************/
  spl_autoload_register(array("ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e", "loadClassLoader"), true, true);

  self::$loader = $loader = new ComposerAutoloadClassLoader();

  spl_autoload_unregister(array("ComposerAutoloaderInit
               832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e", "loadClassLoader"));

loadClassLoader() 函數：

public static function loadClassLoader($class)
{
if ("ComposerAutoloadClassLoader" === $class) {
    require __DIR__ . "/ClassLoader.php";
}
}

從程序里面我們可以看出，composer 先向 PHP 自動加載機制注冊了一個函數，這個函數 require 了 ClassLoader 文件。成功 new 出該文件中核心類 ClassLoader() 后，又銷毀了該函數。
為什么不直接 require，而要這么麻煩？原因和ComposerAutoloaderInit加上hash一樣，如果直接require，那么會造成ClassLoader類的重復定義。所以有人建議這樣：

if (!class_exists("ComposerAutoloadClassLoader", false)) {
  require __DIR__ . "/ClassLoader.php";
}
static::$loader = $loader = new ComposerAutoloadClassLoader();

其實這樣可以更加直觀。但是class_exists有個缺點，那就是opcache緩存有個bug，class_exists即使為真，程序仍然會進入if條件進行require，這樣仍然造成了重復定義的問題。
那為什么不跟引導類一樣用個 hash 呢？這樣就可以多次定義這個ClassLoader類了。原因就是這個類是可以復用的，框架允許用戶使用這個類，如果用hash用戶就完全沒辦法用ClassLoader了。
所以最終的解決方案就是利用spl_autoload_register來加載，這樣只要ClassLoader只要被聲明過，spl_autoload_register就不會調用，也就不會require。
可見這簡單的幾行代碼其實內幕很深的。詳細可見
github 的相關 issue：Unable to run tests with phpunit and composer installed globally #1248
github 相關解決方案 PR : Allow loading of multiple composer autoloaders concurrently, fixes #1248 #1313

第三部分——初始化核心類對象

  /***********************初始化自動加載核心類對象********************/
  $useStaticLoader = PHP_VERSION_ID >= 50600 && !defined("HHVM_VERSION");
  if ($useStaticLoader) {
      require_once __DIR__ . "/autoload_static.php";

      call_user_func(ComposerAutoloadComposerStaticInit
      832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::getInitializer($loader));
  } else {
      $map = require __DIR__ . "/autoload_namespaces.php";
      foreach ($map as $namespace => $path) {
          $loader->set($namespace, $path);
      }

      $map = require __DIR__ . "/autoload_psr4.php";
      foreach ($map as $namespace => $path) {
      $loader->setPsr4($namespace, $path);
  }

  $classMap = require __DIR__ . "/autoload_classmap.php";
  if ($classMap) {
      $loader->addClassMap($classMap);
  }
}

這一部分就是對自動加載類的初始化，主要是給自動加載核心類初始化頂級命名空間映射。初始化的方法有兩種：(1)使用 autoload_static 進行靜態初始化；(2)調用核心類接口初始化。

autoload_static 靜態初始化

靜態初始化只支持 PHP5.6 以上版本并且不支持 HHVM 虛擬機。為什么要多帶帶要求 php5.6 版本以上呢？原因就是這種靜態加載加速機制是 opcache 緩存針對靜態數組優化的，只支持 php5.6 以上的版本。hhvm 是 php 另一個虛擬機，當然沒有辦法支持 opcache 緩存。
github相關 PR: Speedup autoloading on PHP 5.6 & 7.0+ using static arrays
我們深入 autoload_static.php 這個文件發現這個文件定義了一個用于靜態初始化的類，名字叫 ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e，仍然為了避免沖突加了 hash 值和多次復用。這個類很簡單：

class ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e{
    public static $files = array(...);
    public static $prefixLengthsPsr4 = array(...);
    public static $prefixDirsPsr4 = array(...);
    public static $prefixesPsr0 = array(...);
    public static $classMap = array (...);

    public static function getInitializer(ClassLoader $loader)
    {
        return Closure::bind(function () use ($loader) {
            $loader->prefixLengthsPsr4 =   ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$prefixLengthsPsr4;
            $loader->prefixDirsPsr4 = ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$prefixDirsPsr4;
            $loader->prefixesPsr0 = ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$prefixesPsr0;
            $loader->classMap = ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$classMap;

        }, null, ClassLoader::class);
    }
}

這個靜態初始化類的核心就是 getInitializer() 函數，它將自己類中的頂級命名空間映射給了 ClassLoader 類。值得注意的是這個函數返回的是一個匿名函數，為什么呢？原因就是 ClassLoader 類中的 prefixLengthsPsr4、prefixDirsPsr4 等等都是 private的。。。普通的函數沒辦法給類的 private 成員變量賦值。利用匿名函數的綁定功能就可以將把匿名函數轉為 ClassLoader 類的成員函數。
關于匿名函數的綁定功能。
接下來就是頂級命名空間初始化的關鍵了。

最簡單的classMap:

public static $classMap = array (
    "AppConsoleKernel" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Console/Kernel.php",
    "AppExceptionsHandler" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Exceptions/Handler.php",
    "AppHttpControllersAuthForgotPasswordController" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Http/Controllers/Auth/ForgotPasswordController.php",
    "AppHttpControllersAuthLoginController" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Http/Controllers/Auth/LoginController.php",
    "AppHttpControllersAuthRegisterController" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Http/Controllers/Auth/RegisterController.php",
...
)

簡單吧，直接命名空間全名與目錄的映射，沒有頂級命名空間。。。簡單粗暴，也導致這個數組相當的大。

PSR0頂級命名空間映射：

public static $prefixesPsr0 = array (
  "P" =>
  array (
    "Prophecy" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/phpspec/prophecy/src",
    ),
    "Parsedown" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/erusev/parsedown",
    ),
  ),
  "M" =>
  array (
    "Mockery" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/mockery/mockery/library",
    ),
  ),
  "J" =>
  array (
    "JakubOnderkaPhpConsoleHighlighter" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/jakub-onderka/php-console-highlighter/src",
    ),
    "JakubOnderkaPhpConsoleColor" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/jakub-onderka/php-console-color/src",
    ),
  ),
  "D" =>
  array (
    "DoctrineCommonInflector" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/doctrine/inflector/lib",
    ),
  ),
);

為了快速找到頂級命名空間，我們這里使用命名空間第一個字母作為前綴索引。這個映射的用法比較明顯，假如我們有 Parsedown/example 這樣的命名空間，首先通過首字母 P，找到

  "P" =>
  array (
    "Prophecy" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/phpspec/prophecy/src",
    ),
    "Parsedown" =>
    array (
      0 => __DIR__ . "/.." . "/erusev/parsedown",
    ),
  )

這個數組，然后我們就會遍歷這個數組來和 Parsedown/example 比較，發現第一個 Prophecy 不符合，第二個 Parsedown 符合，然后得到了映射目錄：(映射目錄可能不止一個)

array (
  0 => __DIR__ . "/.." . "/erusev/parsedown",
)

我們會接著遍歷這個數組，嘗試 _DIR_ ."/.." . "/erusev/parsedown/Parsedown/example.php 是否存在，如果不存在接著遍歷數組(這個例子數組只有一個元素)，如果數組遍歷完都沒有，就會加載失敗。

PSR4標準頂級命名空間映射數組：

public static $prefixLengthsPsr4 = array(
  "p" =>
  array (
    "phpDocumentorReflection" => 25,
  ),
  "S" =>
  array (
    "SymfonyPolyfillMbstring" => 26,
    "SymfonyComponentYaml" => 23,
    "SymfonyComponentVarDumper" => 28,
    ...
  ),
  ...
);

public static $prefixDirsPsr4 = array (
  "phpDocumentorReflection" =>
  array (
    0 => __DIR__ . "/.." . "/phpdocumentor/reflection-common/src",
    1 => __DIR__ . "/.." . "/phpdocumentor/type-resolver/src",
    2 => __DIR__ . "/.." . "/phpdocumentor/reflection-docblock/src",
  ),
  "SymfonyPolyfillMbstring" =>
  array (
    0 => __DIR__ . "/.." . "/symfony/polyfill-mbstring",
  ),
  "SymfonyComponentYaml" =>
  array (
    0 => __DIR__ . "/.." . "/symfony/yaml",
  ),
  ...
)

PSR4 標準頂級命名空間映射用了兩個數組，第一個和 PSR0 一樣用命名空間第一個字母作為前綴索引，然后是頂級命名空間，但是最終并不是文件路徑，而是頂級命名空間的長度。為什么呢？因為前一篇文章我們說過，PSR4 標準的文件目錄更加靈活，更加簡潔。PSR0 中頂級命名空間目錄直接加到命名空間前面就可以得到路徑 (Parsedown/example => _DIR_ ."/.." . "/erusev/parsedown/Parsedown/example.php)，而 PSR4 標準卻是用頂級命名空間目錄替換頂級命名空間（Parsedown/example => _DIR_ ."/.." . "/erusev/parsedown/example.php)，所以獲得頂級命名空間的長度很重要。
具體的用法：假如我們找 SymfonyPolyfillMbstringexample 這個命名空間，和 PSR0 一樣通過前綴索引和字符串匹配我們得到了

  "SymfonyPolyfillMbstring" => 26,

這條記錄，鍵是頂級命名空間，值是命名空間的長度。拿到頂級命名空間后去 $prefixDirsPsr4 數組獲取它的映射目錄數組：(注意映射目錄可能不止一條)

"SymfonyPolyfillMbstring" =>
array (
  0 => __DIR__ . "/.." . "/symfony/polyfill-mbstring",
)

然后我們就可以將命名空間 SymfonyPolyfillMbstringexample 前26個字符替換成目錄 _DIR_ . "/.." . "/symfony/polyfill-mbstring，我們就得到了 _DIR_ . "/.." . "/symfony/polyfill-mbstring/example.php，先驗證磁盤上這個文件是否存在，如果不存在接著遍歷。如果遍歷后沒有找到，則加載失敗。
??
自動加載核心類 ClassLoader 的靜態初始化完成！！！

ClassLoader 接口初始化

如果PHP版本低于5.6或者使用HHVM虛擬機環境，那么就要使用核心類的接口進行初始化。

  //PSR0標準
  $map = require __DIR__ . "/autoload_namespaces.php";
  foreach ($map as $namespace => $path) {
      $loader->set($namespace, $path);
  }

  //PSR4標準
  $map = require __DIR__ . "/autoload_psr4.php";
  foreach ($map as $namespace => $path) {
      $loader->setPsr4($namespace, $path);
  }

  $classMap = require __DIR__ . "/autoload_classmap.php";
  if ($classMap) {
      $loader->addClassMap($classMap);
  }

PSR0 標準

autoload_namespaces：

return array(
  "Prophecy" => array($vendorDir . "/phpspec/prophecy/src"),
  "Parsedown" => array($vendorDir . "/erusev/parsedown"),
  "Mockery" => array($vendorDir . "/mockery/mockery/library"),
  "JakubOnderkaPhpConsoleHighlighter" => array($vendorDir . "/jakub-onderka/php-console-highlighter/src"),
  "JakubOnderkaPhpConsoleColor" => array($vendorDir . "/jakub-onderka/php-console-color/src"),
  "DoctrineCommonInflector" => array($vendorDir . "/doctrine/inflector/lib"),
);

PSR0 標準的初始化接口：

public function set($prefix, $paths)
{
  if (!$prefix) {
    $this->fallbackDirsPsr0 = (array) $paths;
  } else {
    $this->prefixesPsr0[$prefix[0]][$prefix] = (array) $paths;
  }
}

很簡單，PSR0 標準取出命名空間的第一個字母作為索引，一個索引對應多個頂級命名空間，一個頂級命名空間對應多個目錄路徑，具體形式可以查看上面我們講的 autoload_static 的 $prefixesPsr0。如果沒有頂級命名空間，就只存儲一個路徑名，以便在后面嘗試加載。

PSR4標準

autoload_psr4

return array(
  "XdgBaseDir" => array($vendorDir . "/dnoegel/php-xdg-base-dir/src"),
  "WebmozartAssert" => array($vendorDir . "/webmozart/assert/src"),
  "TijsVerkoyenCssToInlineStyles" => array($vendorDir . "/tijsverkoyen/css-to-inline-styles/src"),
  "Tests" => array($baseDir . "/tests"),
  "SymfonyPolyfillMbstring" => array($vendorDir . "/symfony/polyfill-mbstring"),
  ...
)

PSR4 標準的初始化接口:

public function setPsr4($prefix, $paths)
{
  if (!$prefix) {
    $this->fallbackDirsPsr4 = (array) $paths;
  } else {
    $length = strlen($prefix);
    if ("" !== $prefix[$length - 1]) {
      throw new InvalidArgumentException("A non-empty PSR-4 prefix must end with a namespace separator.");
    }
    
    $this->prefixLengthsPsr4[$prefix[0]][$prefix] = $length;
    $this->prefixDirsPsr4[$prefix] = (array) $paths;
  }
}

PSR4 初始化接口也很簡單。如果沒有頂級命名空間，就直接保存目錄。如果有命名空間的話，要保證頂級命名空間最后是，然后分別保存（前綴=》頂級命名空間，頂級命名空間=》頂級命名空間長度），（頂級命名空間=》目錄）這兩個映射數組。具體形式可以查看上面我們講的 autoload_static的prefixLengthsPsr4、 $prefixDirsPsr4。

傻瓜式命名空間映射

autoload_classmap：

public static $classMap = array (
  "AppConsoleKernel" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Console/Kernel.php",
  "AppExceptionsHandler" => __DIR__ . "/../.." . "/app/Exceptions/Handler.php",
  ...
)

addClassMap:

public function addClassMap(array $classMap)
{
  if ($this->classMap) {
    $this->classMap = array_merge($this->classMap, $classMap);
  } else {
    $this->classMap = $classMap;
  }
}

這個最簡單，就是整個命名空間與目錄之間的映射。

結語

其實我很想接著寫下下去，但是這樣會造成篇幅過長，所以我就把自動加載的注冊和運行放到下一篇文章了。我們回顧一下，這篇文章主要講了：（1）框架如何啟動 composer 自動加載;（2）composer 自動加載分為5部分；
其實說是5部分，真正重要的就兩部分——初始化與注冊。初始化負責頂層命名空間的目錄映射，注冊負責實現頂層以下的命名空間映射規則。

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