Composer-的-Autoload-源码实现-启动与初始化

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前言

  上一篇文章，我们讨论了 PHP 的自动加载原理、PHP 的命名空间、PHP 的 PSR0 与 PSR4 标准，有了这些知识，其实我们就可以按照 PSR4 标准写出可以自动加载的程序了。然而我们为什么要自己写呢？尤其是有 Composer 这神一样的包管理器的情况下？

Composer 自动加载概论

简介

  Composer 是 PHP 的一个依赖管理工具。它允许你申明项目所依赖的代码库，它会在你的项目中为你安装他们。详细内容可以查看 Composer 中文网。
  Composer Composer 将这样为你解决问题：

  • 你有一个项目依赖于若干个库。
  • 其中一些库依赖于其他库。
  • 你声明你所依赖的东西。
  • Composer 会找出哪个版本的包需要安装，并安装它们（将它们下载到你的项目中）。

   例如，你正在创建一个项目，你需要一个库来做日志记录。你决定使用 monolog。为了将它添加到你的项目中，你所需要做的就是创建一个 composer.json 文件，其中描述了项目的依赖关系。

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

  然后我们只要在项目里面直接 use MonologLogger 即可，神奇吧！
   简单的说，Composer 帮助我们下载好了符合 PSR0 或 PSR4 标准的第三方库，并把文件放在相应位置；帮我们写了_autoload()函数，注册到了 spl_register()函数，当我们想用第三方库的时候直接使用命名空间即可。
  
  那么当我们想要写自己的命名空间的时候，该怎么办呢？很简单，我们只要按照 PSR4 标准命名我们的命名空间，放置我们的文件，然后在 composer 里面写好顶级域名与具体目录的映射，就可以享用 composer 的便利了。
   当然如果有一个非常棒的框架，我们会惊喜地发现，在 composer 里面写顶级域名映射这事我们也不用做了，框架已经帮我们写好了顶级域名映射了，我们只需要在框架里面新建文件，在新建的文件中写好命名空间，就可以在任何地方 use 我们的命名空间了。
   下面我们就以 laravel 框架为例，讲一讲 composer 是如何实现 PSR0 和 PSR4 标准的自动加载功能。

Composer 自动加载文件

  首先，我们先大致了解一下 Composer 自动加载所用到的源文件。

  1. autoload_real.php：自动加载功能的引导类。任务是 composer 加载类的初始化 (顶级命名空间与文件路 径映射初始化) 和注册(spl_autoload_register())。
  2. ClassLoader.php：composer 加载类。composer 自动加载功能的核心类。
  3. autoload_static.php：顶级命名空间初始化类，用于给核心类初始化顶级命名空间。
  4. autoload_classmap.php：自动加载的最简单形式，有完整的命名空间和文件目录的映射；
  5. autoload_files.php：用于加载全局函数的文件，存放各个全局函数所在的文件路径名；
  6. autoload_namespaces.php：符合 PSR0 标准的自动加载文件，存放着顶级命名空间与文件的映射；
  7. autoload_psr4.php：符合 PSR4 标准的自动加载文件，存放着顶级命名空间与文件的映射；

laravel 框架下 Composer 的自动加载源码分析——启动

   laravel 框架的初始化是需要 composer 自动加载协助的，所以 laravel 的入口文件 index.php 第一句就是利用 composer 来实现自动加载功能。

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

  咱们接着去看 bootstrap 目录下的 autoload.php：

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

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

  再去 vendor 目录下的 autoload.php：

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

  return ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::getLoader();

  为什么框架要在 bootstrap/autoload.php 转一下？个人理解，laravel 这样设计有利于支持或扩展 任意 有自动加载的第三方库。
  好了，我们终于要看到了 Composer 真正要显威的地方了。autoload_real 里面就是一个自动加载功能的引导类，这个类不负责具体功能逻辑，只做了两件事：初始化自动加载类、注册自动加载类。
  到 autoload_real 这个文件里面去看，发现这个引导类的名字叫 ComposerAutoloaderInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e，为什么要叫这么古怪的名字呢？因为这是防止用户自定义类名跟这个类重复冲突了，所以在类名上加了一个 hash 值。其实还有一个做法我们更加熟悉，那就是不直接定义类名，而是定义一个命名空间。这里为什么不定义一个命名空间呢？个人理解：命名空间一般都是为了复用，而这个类只需要运行一次即可，以后也不会用得到，用 hash 值更加合适。

laravel 框架下 Composer 的自动加载源码分析——autoload_real 引导类

  在 vendor 目录下的 autoload.php 文件中我们可以看出，程序主要调用了引导类的静态方法 getLoader()，我们接着看看这个函数。

  public static function getLoader()
  {
  /*************************** 经典单例模式 ********************/
  if (null !== self::$loader) {return self::$loader;}

  /*********************** 获得自动加载核心类对象 ********************/
  spl_autoload_register(array('ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e','loadClassLoader'), true, true);

  self::$loader = $loader = new \Composer\Autoload\ClassLoader();

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

  /*********************** 初始化自动加载核心类对象 ********************/
  $useStaticLoader = PHP_VERSION_ID >= 50600 &&
  !defined('HHVM_VERSION');

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

  call_user_func(\Composer\Autoload\ComposerStaticInit
  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);
  }
  }

  /*********************** 注册自动加载核心类对象 ********************/
  $loader->register(true);

  /*********************** 自动加载全局函数 ********************/
  if ($useStaticLoader) {
  $includeFiles = Composer\Autoload\ComposerStaticInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e::$files;
  } else {$includeFiles = require __DIR__ . '/autoload_files.php';}

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

  return $loader;
  }

  从上面可以看出，我把自动加载引导类分为 5 个部分。

第一部分——单例

第一部分很简单，就是个最经典的单例模式，自动加载类只能有一个。

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

第二部分——构造 ClassLoader 核心类

  第二部分 new 一个自动加载的核心类对象。

  /*********************** 获得自动加载核心类对象 ********************/
  spl_autoload_register(array('ComposerAutoloaderInit
  832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e','loadClassLoader'), true, true);

  self::$loader = $loader = new \Composer\Autoload\ClassLoader();

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

loadClassLoader()函数：

public static function loadClassLoader($class)
{if ('Composer\Autoload\ClassLoader' === $class) {require __DIR__ . '/ClassLoader.php';}
}

   从程序里面我们可以看出，composer 先向 PHP 自动加载机制注册了一个函数，这个函数 require 了 ClassLoader 文件。成功 new 出该文件中核心类 ClassLoader()后，又销毁了该函数。为什么不直接 require，而要这么麻烦？原因就是怕有的用户也定义了个 ComposerAutoloadClassLoader 命名空间，导致自动加载错误文件。那为什么不跟引导类一样用个 hash 呢？因为这个类是可以复用的，框架允许用户使用这个类。

第三部分——初始化核心类对象

  /*********************** 初始化自动加载核心类对象 ********************/
  $useStaticLoader = PHP_VERSION_ID >= 50600 && !defined('HHVM_VERSION');
  if ($useStaticLoader) {
  require_once __DIR__ . '/autoload_static.php';

  call_user_func(\Composer\Autoload\ComposerStaticInit
  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);
  }
  }

   这一部分就是对自动加载类的初始化，主要是给自动加载核心类初始化顶级命名空间映射。初始化的方法有两种：(1)使用 autoload_static 进行静态初始化；(2)调用核心类接口初始化。

autoload_static 静态初始化

  静态初始化只支持 PHP5.6 以上版本并且不支持 HHVM 虚拟机。我们深入 autoload_static.php 这个文件发现这个文件定义了一个用于静态初始化的类，名字叫 ComposerStaticInit832ea71bfb9a4128da8660baedaac82e，仍然为了避免冲突加了 hash 值。这个类很简单：

  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);
  }

  这个静态初始化类的核心就是 getInitializer()函数，它将自己类中的顶级命名空间映射给了 ClassLoader 类。值得注意的是这个函数返回的是一个匿名函数，为什么呢？原因就是 ClassLoader 类中的 prefixLengthsPsr4、prefixDirsPsr4 等等都是 private 的。。。普通的函数没办法给类的 private 成员变量赋值。利用匿名函数的绑定功能就可以将把匿名函数转为 ClassLoader 类的成员函数。关于匿名函数的绑定功能。
  接下来就是顶级命名空间初始化的关键了。

最简单的 classMap:

  public static $classMap = array (
  'App\\Console\\Kernel' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Console/Kernel.php',
  'App\\Exceptions\\Handler' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Exceptions/Handler.php',
  'App\\Http\\Controllers\\Auth\\ForgotPasswordController' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Http/Controllers/Auth/ForgotPasswordController.php',
  'App\\Http\\Controllers\\Auth\\LoginController' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Http/Controllers/Auth/LoginController.php',
  'App\\Http\\Controllers\\Auth\\RegisterController' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Http/Controllers/Auth/RegisterController.php',
  ...)

  简单吧，直接命名空间全名与目录的映射，没有顶级命名空间。。。简单粗暴，也导致这个数组相当的大。

PSR0 顶级命名空间映射：

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 (
  'JakubOnderka\\PhpConsoleHighlighter' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/jakub-onderka/php-console-highlighter/src',),
  'JakubOnderka\\PhpConsoleColor' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/jakub-onderka/php-console-color/src',),
  ),
  'D' =>
  array (
  'Doctrine\\Common\\Inflector\\' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/doctrine/inflector/lib',),
  ),
  );

  为了快速找到顶级命名空间，我们这里使用命名空间第一个字母作为前缀索引。这个映射的用法比较明显，假如我们有 Parsedown/example 这样的命名空间，首先通过首字母 P，找到

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

这个数组，然后我们就会遍历这个数组来和 Parsedown/example 比较，发现第一个 Prophecy 不符合，第二个 Parsedown 符合，然后得到了映射目录：(映射目录可能不止一个)

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

我们会接着遍历这个数组，尝试_DIR_ .’/..’ . ‘/erusev/parsedown/Parsedown/example.php 是否存在，如果不存在接着遍历数组(这个例子数组只有一个元素)，如果数组遍历完都没有，就会加载失败。

PSR4 标准顶级命名空间映射数组：

  public static $prefixLengthsPsr4 = array(
  'p' =>
  array ('phpDocumentor\\Reflection\\' => 25,),
  'S' =>
  array (
  'Symfony\\Polyfill\\Mbstring\\' => 26,
  'Symfony\\Component\\Yaml\\' => 23,
  'Symfony\\Component\\VarDumper\\' => 28,
  ...
  ),
  ...);

  public static $prefixDirsPsr4 = array (
  'phpDocumentor\\Reflection\\' =>
  array (
  0 => __DIR__ . '/..' . '/phpdocumentor/reflection-common/src',
  1 => __DIR__ . '/..' . '/phpdocumentor/type-resolver/src',
  2 => __DIR__ . '/..' . '/phpdocumentor/reflection-docblock/src',
  ),
  'Symfony\\Polyfill\\Mbstring\\' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/symfony/polyfill-mbstring',),
  'Symfony\\Component\\Yaml\\' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/symfony/yaml',),
  ...)

  PSR4 标准顶级命名空间映射用了两个数组，第一个和 PSR0 一样用命名空间第一个字母作为前缀索引，然后是顶级命名空间，但是最终并不是文件路径，而是顶级命名空间的长度。为什么呢？因为前一篇文章我们说过，PSR4 标准的文件目录更加灵活，更加简洁。PSR0 中顶级命名空间目录直接加到命名空间前面就可以得到路径(Parsedown/example => _DIR_ .’/..’ . ‘/erusev/parsedown/Parsedown/example.php)，而 PSR4 标准却是用顶级命名空间目录替换顶级命名空间（Parsedown/example => _DIR_ .’/..’ . ‘/erusev/parsedown/example.php)，所以获得顶级命名空间的长度很重要。
  具体的用法：假如我们找 Symfony\Polyfill\Mbstring\example 这个命名空间，和 PSR0 一样通过前缀索引和字符串匹配我们得到了

  'Symfony\\Polyfill\\Mbstring\\' => 26,

这条记录，键是顶级命名空间，值是命名空间的长度。拿到顶级命名空间后去 $prefixDirsPsr4 数组获取它的映射目录数组：(注意映射目录可能不止一条)

  'Symfony\\Polyfill\\Mbstring\\' =>
  array (0 => __DIR__ . '/..' . '/symfony/polyfill-mbstring',)

然后我们就可以将命名空间 Symfony\Polyfill\Mbstring\example 前 26 个字符替换成目录_DIR_ . ‘/..’ . ‘/symfony/polyfill-mbstring，我们就得到了_DIR_ . ‘/..’ . ‘/symfony/polyfill-mbstring/example.php，先验证磁盘上这个文件是否存在，如果不存在接着遍历。如果遍历后没有找到，则加载失败。
  
  自动加载核心类 ClassLoader 的静态初始化完成！！！

ClassLoader 接口初始化

  如果 PHP 版本低于 5.6 或者使用 HHVM 虚拟机环境，那么就要使用核心类的接口进行初始化。

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

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

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

PSR0 标准

autoload_namespaces：

  return array('Prophecy\\' => array($vendorDir . '/phpspec/prophecy/src'),
  'Parsedown' => array($vendorDir . '/erusev/parsedown'),
  'Mockery' => array($vendorDir . '/mockery/mockery/library'),
  'JakubOnderka\\PhpConsoleHighlighter' => array($vendorDir . '/jakub-onderka/php-console-highlighter/src'),
  'JakubOnderka\\PhpConsoleColor' => array($vendorDir . '/jakub-onderka/php-console-color/src'),
  'Doctrine\\Common\\Inflector\\' => array($vendorDir . '/doctrine/inflector/lib'),
);

PSR0 标准的初始化接口：

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

很简单，PSR0 标准取出命名空间的第一个字母作为索引，一个索引对应多个顶级命名空间，一个顶级命名空间对应多个目录路径，具体形式可以查看上面我们讲的 autoload_static 的 $prefixesPsr0。如果没有顶级命名空间，就只存储一个路径名，以便在后面尝试加载。

PSR4 标准

autoload_psr4

  return array('XdgBaseDir\\' => array($vendorDir . '/dnoegel/php-xdg-base-dir/src'),
  'Webmozart\\Assert\\' => array($vendorDir . '/webmozart/assert/src'),
  'TijsVerkoyen\\CssToInlineStyles\\' => array($vendorDir . '/tijsverkoyen/css-to-inline-styles/src'),
  'Tests\\' => array($baseDir . '/tests'),
  'Symfony\\Polyfill\\Mbstring\\' => array($vendorDir . '/symfony/polyfill-mbstring'),
  ...
  )

PSR4 标准的初始化接口:

  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 初始化接口也很简单。如果没有顶级命名空间，就直接保存目录。如果有命名空间的话，要保证顶级命名空间最后是 \，然后分别保存（前缀 =》顶级命名空间，顶级命名空间 =》顶级命名空间长度），（顶级命名空间 =》目录）这两个映射数组。具体形式可以查看上面我们讲的 autoload_static 的 prefixLengthsPsr4、$prefixDirsPsr4。

傻瓜式命名空间映射

autoload_classmap：

  public static $classMap = array (
  'App\\Console\\Kernel' => __DIR__ . '/../..' . '/app/Console/Kernel.php',
  'App\\Exceptions\\Handler' => __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;}
  }

这个最简单，就是整个命名空间与目录之间的映射。

结语

  其实我很想接着写下下去，但是这样会造成篇幅过长，所以我就把自动加载的注册和运行放到下一篇文章了。我们回顾一下，这篇文章主要讲了：（1）框架如何启动 composer 自动加载;（2）composer 自动加载分为 5 部分；
  其实说是 5 部分，真正重要的就两部分——初始化与注册。初始化负责顶层命名空间的目录映射，注册负责实现顶层以下的命名空间映射规则。

Written with StackEdit.

原文链接：https://www.zhanggaoyuan.com/article/30

原文标题：[Composer 的 Autoload 源码实现 – 启动与初始化]

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正文完
laravel
发表至：无分类
2019-10-31
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