深入解析 composer 的自动加载原理 | 鹿晓鹏的个人日常分享

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前言:

PHP 自5.3的版本之后，已经重焕新生，命名空间、性状（trait）、闭包、接口、PSR 规范、以及 composer 的出现已经让 PHP 变成了一门现代化的脚本语言。PHP 的生态系统也一直在演进，而 composer 的出现更是彻底的改变了以往构建 PHP 应用的方式，我们可以根据 PHP 的应用需求混合搭配最合适的 PHP 组件。当然这也得益于 PSR 规范的提出。

大纲

PHP 自动加载功能

PSR 规范

comoposer 的自动加载过程

composer 源码分析

一、PHP 自动加载功能

PHP 自动加载功能的由来

在 PHP 开发过程中，如果希望从外部引入一个 Class ，通常会使用include 和 require方法，去把定义这个 Class 的文件包含进来。这个在小规模开发的时候，没什么大问题。但在大型的开发项目中，使用这种方式会带来一些隐含的问题：如果一个 PHP 文件需要使用很多其它类，那么就需要很多的 require/include 语句，这样有可能会造成遗漏或者包含进不必要的类文件。如果大量的文件都需要使用其它的类，那么要保证每个文件都包含正确的类文件肯定是一个噩梦，况且 require或 incloud 的性能代价很大。

PHP5 为这个问题提供了一个解决方案，这就是 类的自动加载(autoload)机制。autoload机制可以使得 PHP 程序有可能在使用类时才自动包含类文件，而不是一开始就将所有的类文件include进来，这种机制也称为 Lazy loading (惰性加载)。

总结起来，自动加载功能带来了几处优点：

使用类之前无需 include / require使用类的时候才会 include / require 文件，实现了lazy loading ，避免了 include / require 多余文件。无需考虑引入类的实际磁盘地址，实现了逻辑和实体文件的分离。

PHP 自动加载函数 __autoload()

从 PHP5 开始，当我们在使用一个类时，如果发现这个类没有加载，就会自动运行 __autoload() 函数，这个函数是我们在程序中自定义的，在这个函数中我们可以加载需要使用的类。下面是个简单的示例：

在我们这个简单的例子中，我们直接将类名加上扩展名 .class.php 构成了类文件名，然后使用 require_once 将其加载。在我们这个简单的例子中，我们直接将类名加上扩展名 .class.php 构成了类文件名，然后使用 require_once 将其加载。

从这个例子中，我们可以看出 __autoload 至少要做三件事情：1.根据类名确定类文件名；2.确定类文件所在的磁盘路径；3.将类从磁盘文件中加载到系统中。

第三步最简单，只需要使用 include / require 即可。要实现第一步，第二步的功能，必须在开发时约定类名与磁盘文件的映射方法，只有这样我们才能根据类名找到它对应的磁盘文件。

当有大量的类文件要包含的时候，我们只要确定相应的规则，然后在 __autoload() 函数中，将类名与实际的磁盘文件对应起来，就可以实现 lazy loading 的效果。

如果想详细的了解关于 autoload 自动加载的过程，可以查看手册资料：PHP autoload函数说明

__autoload() 函数存在的问题

如果在一个系统的实现中，如果需要使用很多其它的类库，这些类库可能是由不同的开发人员编写的，其类名与实际的磁盘文件的映射规则不尽相同。这时如果要实现类库文件的自动加载，就必须在 __autoload() 函数中将所有的映射规则全部实现，这样的话 __autoload() 函数有可能会非常复杂，甚至无法实现。最后可能会导致 __autoload() 函数十分臃肿，这时即便能够实现，也会给将来的维护和系统效率带来很大的负面影响。

那么问题出现在哪里呢？问题出现在 __autoload() 是全局函数只能定义一次，不够灵活，所以所有的类名与文件名对应的逻辑规则都要在一个函数里面实现，造成这个函数的臃肿。那么如何来解决这个问题呢？答案就是使用一个 __autoload调用堆栈，不同的映射关系写到不同的 __autoload函数中去，然后统一注册统一管理，这个就是 PHP5 引入的 SPL Autoload 。

SPL Autoload

SPL是 Standard PHP Library(标准PHP库)的缩写。它是 PHP5 引入的一个扩展标准库，包括 spl autoload 相关的函数以及各种数据结构和迭代器的接口或类。spl autoload 相关的函数具体可见 php中spl_autoload

spl_autoload_register() 就是我们上面所说的__autoload调用堆栈，我们可以向这个函数注册多个我们自己的 autoload() 函数，当 PHP 找不到类名时，PHP就会调用这个堆栈，然后去调用自定义的 autoload() 函数，实现自动加载功能。如果我们不向这个函数输入任何参数，那么就会默认注册 spl_autoload() 函数。

二、PSR 规范

与自动加载相关的规范是 PSR4，在说 PSR4 之前先介绍一下 PSR 标准。PSR 标准的发明和推出组织是：PHP-FIG，它的网站是：www.php-fig.org。由几位开源框架的开发者成立于 2009 年，从那开始也选取了很多其他成员进来，虽然不是 “官方” 组织，但也代表了社区中不小的一块。组织的目的在于：以最低程度的限制，来统一各个项目的编码规范，避免各家自行发展的风格阻碍了程序员开发的困扰，于是大伙发明和总结了 PSR，PSR 是 PHP Standards Recommendation 的缩写，截止到目前为止，总共有 14 套 PSR 规范，其中有 7 套PSR规范已通过表决并推出使用，分别是：

PSR-0 自动加载标准（已废弃，一些旧的第三方库还有在使用）PSR-1 基础编码标准 PSR-2 编码风格向导PSR-3 日志接口PSR-4 自动加载的增强版，替换掉了 PSR-0PSR-6 缓存接口规范PSR-7 HTTP 消息接口规范

具体详细的规范标准可以查看PHP 标准规范

PSR4 标准

2013 年底，PHP-FIG 推出了第 5 个规范——PSR-4。

PSR-4 规范了如何指定文件路径从而自动加载类定义，同时规范了自动加载文件的位置。

1）一个完整的类名需具有以下结构：

\<命名空间>\<子命名空间>\<类名>

完整的类名必须要有一个顶级命名空间，被称为 "vendor namespace"；

完整的类名可以有一个或多个子命名空间；

完整的类名必须有一个最终的类名；

完整的类名中任意一部分中的下滑线都是没有特殊含义的；

完整的类名可以由任意大小写字母组成；

所有类名都必须是大小写敏感的。

2）根据完整的类名载入相应的文件

完整的类名中，去掉最前面的命名空间分隔符，前面连续的一个或多个命名空间和子命名空间，作为「命名空间前缀」，其必须与至少一个「文件基目录」相对应；

紧接命名空间前缀后的子命名空间必须与相应的「文件基目录」相匹配，其中的命名空间分隔符将作为目录分隔符。

末尾的类名必须与对应的以 .php 为后缀的文件同名。

自动加载器（autoloader）的实现一定不可抛出异常、一定不可触发任一级别的错误信息以及不应该有返回值。

3) 例子

PSR-4风格

类名：ZendAbc命名空间前缀：Zend文件基目录：/usr/includes/Zend/文件路径：/usr/includes/Zend/Abc.php

类名：SymfonyCoreRequest命名空间前缀：SymfonyCore文件基目录：./vendor/Symfony/Core/文件路径：./vendor/Symfony/Core/Request.php

目录结构

Composer自动加载过程

Composer 做了哪些事情

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，需要做一些单元测试。你决定使用 phpunit 。为了将它添加到你的项目中，你所需要做的就是在 composer.json 文件里描述项目的依赖关系。

然后在 composer require 之后我们只要在项目里面直接 use phpunit 的类即可使用。

执行 composer require 时发生了什么

composer 会找到符合 PR4 规范的第三方库的源

初始化顶级域名的映射并写入到指定的文件里

（如：'PHPUnit\\Framework\\Assert' => __DIR__ . '/..' . '/phpunit/phpunit/src/Framework/Assert.php'）

写好一个 autoload 函数，并且注册到 spl_autoload_register()里

题外话：现在很多框架都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。

Composer 源码分析

下面我们通过对源码的分析来看看 composer 是如何实现 PSR4标准 的自动加载功能。

很多框架在初始化的时候都会引入 composer 来协助自动加载的，以 Laravel 为例，它入口文件 index.php 第一句就是利用 composer 来实现自动加载功能。

启动

去 vendor 目录下的 autoload.php ：

这里就是 Composer 真正开始的地方了

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。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；

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。

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。

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。

loadClassLoader()函数：

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。

第三部分 —— 初始化核心类对象

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：

使用 autoload_static 进行静态初始化；调用核心类接口初始化。

autoload_static 静态初始化 ( PHP >= 5.6 )

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 ComposerStaticInit7b790917ce8899df9af8ed53631a1c29，仍然为了避免冲突而加了 hash 值。这个类很简单：

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等等变量都是 private的。利用匿名函数的绑定功能就可以将这些 private 变量赋给 ClassLoader 类里的成员变量。

关于匿名函数的绑定功能。

接下来就是命名空间初始化的关键了。

classMap（命名空间映射)

直接命名空间全名与目录的映射，简单粗暴，也导致这个数组相当的大。

PSR4 标准顶级命名空间映射数组：

PSR4 标准顶级命名空间映射用了两个数组，第一个是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 PSR4 标准是用顶级命名空间目录替换顶级命名空间，所以获得顶级命名空间的长度很重要。

具体说明这些数组的作用：

假如我们找 Symfony\Polyfill\Mbstring\example 这个命名空间，通过前缀索引和字符串匹配我们得到了

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)

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。

ClassLoader 接口初始化（ PHP < 5.6 ）

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。

PSR4 标准的映射

autoload_psr4.php 的顶级命名空间映射

PSR4 标准的初始化接口:

总结下上面的顶级命名空间映射过程：

( 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。具体形式也可以查看下面的 autoload_static 的 $prefixLengthsPsr4 、 $prefixDirsPsr4 。

命名空间映射

autoload_classmap：

addClassMap:

*自动加载核心类 ClassLoader 的静态初始化到这里就完成了！ **

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。

第四部分 —— 注册

讲完了 Composer 自动加载功能的启动与初始化，经过启动与初始化，自动加载核心类对象已经获得了顶级命名空间与相应目录的映射，也就是说，如果有命名空间 'App\Console\Kernel，我们已经可以找到它对应的类文件所在位置。那么，它是什么时候被触发去找的呢？

这就是 composer 自动加载的核心了，我们先回顾一下自动加载引导类：

现在我们开始引导类的第四部分：注册自动加载核心类对象。我们来看看核心类的 register() 函数：

其实奥秘都在自动加载核心类 ClassLoader 的 loadClass() 函数上：

这个函数负责按照 PSR 标准将顶层命名空间以下的内容转为对应的目录，也就是上面所说的将 'App\Console\Kernel 中' Console\Kernel 这一段转为目录，至于怎么转的在下面 “运行”的部分讲。核心类 ClassLoader 将 loadClass() 函数注册到PHP SPL中的 spl_autoload_register() 里面去。这样，每当PHP遇到一个不认识的命名空间的时候，PHP会自动调用注册到 spl_autoload_register 里面的 loadClass() 函数，然后找到命名空间对应的文件。

全局函数的自动加载

Composer 不止可以自动加载命名空间，还可以加载全局函数。怎么实现的呢？把全局函数写到特定的文件里面去，在程序运行前挨个 require就行了。这个就是 composer 自动加载的第五步，加载全局函数。

跟核心类的初始化一样，全局函数自动加载也分为两种：静态初始化和普通初始化，静态加载只支持PHP5.6以上并且不支持HHVM。

静态初始化：

ComposerStaticInit7b790917ce8899df9af8ed53631a1c29::$files：

普通初始化

autoload_files:

其实跟静态初始化区别不大。

加载全局函数

第五部分 —— 运行

到这里，终于来到了核心的核心—— composer 自动加载的真相，命名空间如何通过 composer 转为对应目录文件的奥秘就在这一章。前面说过，ClassLoader 的 register() 函数将 loadClass() 函数注册到 PHP 的 SPL 函数堆栈中，每当 PHP 遇到不认识的命名空间时就会调用函数堆栈的每个函数，直到加载命名空间成功。所以 loadClass() 函数就是自动加载的关键了。

看下 loadClass() 函数:

我们看到 loadClass() ，主要调用 findFile() 函数。findFile() 在解析命名空间的时候主要分为两部分：classMap 和 findFileWithExtension() 函数。classMap 很简单，直接看命名空间是否在映射数组中即可。麻烦的是 findFileWithExtension() 函数，这个函数包含了 PSR0 和 PSR4 标准的实现。还有个值得我们注意的是查找路径成功后 includeFile() 仍然是外面的函数，并不是 ClassLoader 的成员函数，原理跟上面一样，防止有用户写 $this 或 self。还有就是如果命名空间是以\开头的，要去掉\然后再匹配。

看下 findFileWithExtension 函数：

最后小结我们通过举例来说下上面代码的流程：

如果我们在代码中写下 new phpDocumentor\Reflection\Element()，PHP 会通过 SPL_autoload_register 调用 loadClass -> findFile -> findFileWithExtension。步骤如下：

将 \ 转为文件分隔符/，加上后缀php，变成 $logicalPathPsr4, 即 phpDocumentor/Reflection//Element.php;利用命名空间第一个字母p作为前缀索引搜索 prefixLengthsPsr4 数组，查到下面这个数组：

遍历这个数组，得到两个顶层命名空间 phpDocumentor\Reflection\ 和 phpDocumentor\Fake\在这个数组中查找 phpDocumentor\Reflection\Element，找出 phpDocumentor\Reflection\ 这个顶层命名空间并且长度为25。在prefixDirsPsr4 映射数组中得到phpDocumentor\Reflection\ 的目录映射为：

遍历这个映射数组，得到三个目录映射；查看 “目录+文件分隔符//+substr($logicalPathPsr4, $length)”文件是否存在，存在即返回。这里就是 '__DIR__/../phpdocumentor/reflection-common/src + substr(phpDocumentor/Reflection/Element.php,25)'如果失败，则利用 fallbackDirsPsr4 数组里面的目录继续判断是否存在文件

以上就是 composer 自动加载的原理解析！