摘要：作為開發(fā)中應(yīng)用最廣泛的開源腳本語言，憑借庫類豐富，使用簡單，安全等特點(diǎn)，成為和等互聯(lián)網(wǎng)巨頭和全球超過網(wǎng)站的主要開發(fā)語言，然而性能問題是一直以來飽受詬病的，來自開發(fā)組的高馳濤同學(xué)將為我們帶來他對性能優(yōu)化方面的思考和建議。

PHP作為Web開發(fā)中應(yīng)用最廣泛的開源腳本語言，憑借庫類豐富，使用簡單，安全等特點(diǎn)，成為Facebook和BAT等互聯(lián)網(wǎng)巨頭和全球超過70%網(wǎng)站的主要開發(fā)語言，然而性能問題是PHP一直以來飽受詬病的，來自PHP/PECL開發(fā)組的高馳濤同學(xué)將為我們帶來他對PHP性能優(yōu)化方面的思考和建議。

本期主講：高馳濤，Neeke Gao，PHP/PECL開發(fā)組成員，同時是SeasLog，JsonNet-PHP的作者，目前在云智慧擔(dān)任架構(gòu)師。
今天主要從PHP的發(fā)展和性能優(yōu)化歷史，來談PHP語言在性能優(yōu)化方面所做過的努力，以及我們的一些研究成果。
談起PHP，我們先來了解幾個數(shù)字：

1995年， PHP發(fā)布了第一個版本，這要感謝PHP之父Rasmus Lerdorf的辛苦努力。PHP在問世之初是Personal Home Page的縮寫，那時候只是被當(dāng)作制作個人網(wǎng)頁的一門簡單語言；后來隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及開源社區(qū)的貢獻(xiàn)，PHP逐步成長成為一門被廣泛應(yīng)用的高級語言，其英文含義也進(jìn)化為PHP: Hypertext Preprocessor，即超級文本預(yù)處理語言。

官方統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，全球排名前1000萬的網(wǎng)站應(yīng)用中，有81.9%是使用PHP語言開發(fā)的。而且，每天有416個新增PHP網(wǎng)站進(jìn)入全球前1000萬排名，數(shù)量還在不斷增加。發(fā)展到今天，PHP經(jīng)歷了4,5,7幾個非常重大的版本迭代，最新的release版本是7.0.6。在二十多年的發(fā)展過程中，應(yīng)用最廣泛的PHP版本是PHP 5，同時也是目前全球互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一個語言版本。

為什么沒有PHP6，而是直接從PHP5到PHP7，這里面有一個小故事。目前的PHP5.6，其實(shí)就是原預(yù)計(jì)發(fā)布的PHP6，但由于各項(xiàng)改動不足以支撐一個全新的PHP分支，組織內(nèi)投票沒有通過發(fā)布，而最終作為了PHP5.6進(jìn)行發(fā)布。

PHP7又稱為PHP NG，即“PHP Next Generation(下一代PHP)”，在性能和穩(wěn)定性方面做了非常大的提升。為什么這么說呢，要從PHP的業(yè)務(wù)模型說起。

1、PHP Transaction Module業(yè)務(wù)模型
下面我先帶大家過一下PHP5幾個重大版本改動中的性能優(yōu)化點(diǎn)，下面這張圖是PHP整個運(yùn)行過程中的幾個關(guān)鍵點(diǎn)。

在PHP運(yùn)行過程中，在Script Entry接收到請求之后。
首先經(jīng)過語法解析器（Parser），此時會拋出一些致命的語法錯誤或警告（后續(xù)的版本改動中，會有一些致命錯誤轉(zhuǎn)換為exception拋出）；
其次經(jīng)過編譯器（Compiler），這部分內(nèi)容中會進(jìn)行更高級的解析，并測試將PHP高級語言編譯成OpCode；

然后交給Execute進(jìn)行執(zhí)行；執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)有新的文件或類被引入，會再進(jìn)行Compiler，往復(fù)執(zhí)行。

從這里可以看出，其實(shí)PHP也是“編譯型”語言，只不過是每次請求都編譯，或稱動態(tài)編譯。那么，后續(xù)的優(yōu)化過程中就可以進(jìn)行針對性優(yōu)化，即：將編譯后的內(nèi)容緩存起來，直接執(zhí)行，以節(jié)省編譯時間。

了解一點(diǎn)PHP的同學(xué)都知道，PHP通常被認(rèn)為是簡單、低效，這并不是沒有道理。我們來看一段PHP源碼，從而向大家解釋為什么“簡單”，為什么“低效”。

這段結(jié)構(gòu)是PHP5及以前版本中所有變量和方法執(zhí)行的核心，這是通用的變量存儲結(jié)構(gòu)?？梢钥吹剑粋€變量能夠同時有多個屬性，或long，或double，或char，或int，或array，或Object。這給工程師以充分的自由度，同樣的一個數(shù)字，或字符串，不需要預(yù)設(shè)類型，就可以直接生成并使用。這就是為什么“簡單”，這是對工程師來說的。

而同時丟給Zend引擎（解析執(zhí)行引擎）的，有著大量的負(fù)擔(dān)，因?yàn)樾枰嬖诿恳淮问褂没蜻\(yùn)算時，都要不停的判斷類型究竟是什么類型屬性。這就是為什么“低效”的一個最直接原因。

2、PHP Performance Difficulty 性能之坑
對于一個使用PHP開發(fā)的應(yīng)用來說，經(jīng)過大量的實(shí)踐，可以總結(jié)出4個最影響性能的點(diǎn)：

IO, Memory, CPU, NetWork，是不是非常眼熟？沒錯，這其實(shí)并不單單是PHP語言的性能瓶頸，任何一門語言，或者就目前我們所處的世界中，凡是使用計(jì)算機(jī)語言開發(fā)的服務(wù)或應(yīng)用，都存在這4個瓶頸。

3、Optimize from PHP5 to PHP7 優(yōu)化之旅
下面就為大家介紹一下PHP5圍繞以上4個點(diǎn)所做的一些性能優(yōu)化。在聊具體的性能優(yōu)化方法之前，我們可以拋開之前的知識儲備，打開腦洞，發(fā)散思維，思考應(yīng)該如何入手。每個人的想法完全不一樣，我的想法是這樣的：

?會不會是PHP本身的運(yùn)行模型（或業(yè)務(wù)模型）或者Zend引擎設(shè)計(jì)存在問題？
?有沒有可能將PHP語言在發(fā)布運(yùn)行之前進(jìn)行預(yù)編譯，把它轉(zhuǎn)變成Bytecode？
?有沒有可能通過一種解析器把PHP轉(zhuǎn)變成C或C++語言，然后進(jìn)行make或build？
?能不能開發(fā)另一套解析運(yùn)行引擎？
?會不會出現(xiàn)另一套完全不一樣的運(yùn)行模型（或業(yè)務(wù)模型）？
?等等。

這些想法在PHP社區(qū)內(nèi)屢見不鮮，并不僅僅是我一個人在這么想，非常多PHP資深專家也在思考，而且在各個方向上都有一些開源的工具或服務(wù)發(fā)布了。由于PHP5有非常多版本，這里我們僅就應(yīng)用最廣的PHP5.4和PHP5.5-5.6版本來簡要說明性能優(yōu)化的幾個點(diǎn)。

PHP5.4 最主要的性能改進(jìn)是在數(shù)組的生成和應(yīng)用上面，一個簡單的延后分配節(jié)省了非常大量的內(nèi)存，因?yàn)槎鄶?shù)情況數(shù)組在直接引用上并不進(jìn)行運(yùn)算，從而并不進(jìn)行內(nèi)存建立與分配工作。另外，PHP5.4在運(yùn)行時中添加了Literal Table和Binding Cache操作，這兩個改動相對上面延后分配內(nèi)存是更復(fù)雜一些的，它在運(yùn)行過程中節(jié)省了大量的CPU運(yùn)算。

PHP5.5及5.6放在一起來說，因?yàn)樗鼈冋娴暮芟?，而且在目前PHP5整個大分支的維護(hù)過程中，一般是在PHP5.5上進(jìn)行，然后把相關(guān)修改向5.6同步。5.5和5.6最重要的一個性能改進(jìn)，是使用了編譯Cache。前面我們了解了PHP的運(yùn)行過程中會存在“編譯->OpCode->執(zhí)行”的過程，而將編譯結(jié)果緩存起來是一個重要的性能優(yōu)化點(diǎn)，OpCache就是做這個工作的。OpCache從此進(jìn)入了PHP的內(nèi)核，而不再是一個第三方擴(kuò)展。

同時Zend引擎還有同樣一個Cache優(yōu)化擴(kuò)展版本產(chǎn)生，即Zend O+，可以認(rèn)為是Zend的Plus版本，在內(nèi)存和CPU上，都做了一些改進(jìn)。

最后來看看PHP7的幾個優(yōu)化點(diǎn)：PHP7直接修改了Zend Zval結(jié)構(gòu)，這算得上是一個很大改動。同時在PHP7中，數(shù)組的結(jié)構(gòu)也變得更加的不一樣，這又是一個傷筋動骨的改動。官方數(shù)據(jù)中PHP7較PHP5.6有近兩倍的性能提升，主要就集中在這兩個點(diǎn)上。
看一下PHP源碼：

在一個Zval結(jié)構(gòu)中，一個變量仍然可以屬于各種類型的，但在使用的時候，可以快速判斷是哪種類型，因?yàn)椴煌念愋蜁鎯υ诓煌闹羔樦?；而且?nèi)存使用也由于不同的指針類型而大量地降低；由于內(nèi)存使用大量降低，從而為CPU更快地尋址和操作帶來了更好的可能性。所以有了Zval的結(jié)構(gòu)變動帶來35%性能提升的結(jié)論。

同一個數(shù)組，在PHP5中的內(nèi)存使用是跳躍不連貫的，而在PHP7中是連續(xù)有序的，這使得內(nèi)存使用和CPU使用都更加地高效，數(shù)組的結(jié)構(gòu)變動，給PHP7帶來了接近50%的性能提升。
4、PHP Performance Tools 工具推薦

前面在我們發(fā)散思維時列舉了很多PHP性能優(yōu)化的點(diǎn)，幾個開源社區(qū)中已經(jīng)發(fā)布過針對這些的優(yōu)化工具，給大家推薦一些：
Facebook發(fā)布的HHVM：

HHVM (HipHop Virtual Machine)類似于C#的CLR和Java的JVM，會將PHP代碼轉(zhuǎn)換成高級別的字節(jié)碼（通常稱為中間語言），然后在運(yùn)行時通過即時（JIT）編譯器將這些字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為x64的機(jī)器碼。
下面是一些在開發(fā)調(diào)試過程中經(jīng)常使用的工具和軟件服務(wù)：


此類開發(fā)工具和服務(wù)很多，可以為開發(fā)者和運(yùn)維同學(xué)節(jié)省大量的定位和解決問題時間。
以我開發(fā)的SeasLog為例，由于使用內(nèi)存buffer/批量IO，替代直接IO，可以直接為服務(wù)的QPS能力提升帶來強(qiáng)勁動力，下圖是SeasLog和log4php的性能對比：

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