Composer 的 Autoload 源码实现——启动与初始化

栏目: IT技术 · 发布时间: 8年前

内容简介：Composer 的 Autoload 源码实现——启动与初始化

前言

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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 Monolog\Logger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。

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())。

ClassLoader.php：composer加载类。composer自动加载功能的核心类。

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。

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；

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；

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；

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\Composer\Autoload\ClassLoader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.

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