【轉發】徐漢彬：PHP7和HHVM的性能之爭

時間 2019-11-20

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問底 PHP7 HHVM 徐漢彬

摘要：近日，PHP7和HHVM的性能之爭成爲了一個討論熱點，但毫無疑問，它們都在提高PHP執行性能方面取得了突破性的進展。本期《問底》，徐漢彬將爲你們科普和介紹它們的性能之爭。

【導讀】徐漢彬曾在阿里巴巴和騰訊從事4年多的技術研發工做，負責過日請求量過億的Web系統升級與重構，目前在小滿科技創業，從事SaaS服務技術建設。最近，PHP7和HHVM的性能之爭成爲了一個討論熱點，它們都在提高PHP執行性能方面取得了突破性的進展。這篇文章，參考了兩個社區的技術新進展，爲你們科普和介紹它們的性能之爭。 php

PHP語言的排名變化

根據「TIOBE編程語言排行榜」（榜單雖然統計方式有侷限，可是仍然不失爲一個比較好的參考），2010年PHP最高曾經在世界編程語言中排名第三。可見，PHP語言在PC互聯網時代的Web領域可謂叱吒風雲，擎天一柱。前端

在PHP程序員中，曾經流傳着一個段子：程序員

某女：你能讓這個論壇的人都吵起來，我就跟你吃飯。
PHP程序員：PHP是世界上最好的語言！
某論壇炸鍋了，各類吵架……
某女：服了你了，咱們走吧！
PHP程序員：今天不行，我必定要說服他們，PHP必須是最好的語言。

好了，咱們言歸正傳，語言自己無分好壞，只是在各自使用的場景中解決不一樣的問題。互聯網的時代車輪是很快的，隨着移動互聯網的到來，在短短四年多的時間裏，移動端技術發展橫掃全球。與此同時，各類語言羣雄並起，而昔日輝煌的PHP從原來的編程語言的榜單看，降低到第六位（2014年12月榜單）。因而，唱衰PHP的聲音此起彼伏。redis

可是，鳥哥（惠新宸，PHP語言開發者之一）在2014年的Qcon分享中有一個數據，全球排名前100萬的網站中，81.3%使用的Web服務端腳本語言是PHP，2013年同期是78.3%。也就是說，PHP的在Web服務方面並無減小，只是在移動互聯網浪潮中，增長了不少的其餘語言技術的應用，進而被稀釋了。編程

最近關於PHP7和HHVM的性能對比，成爲了一個熱點的爭議話題，你們都在討論和關注哪個纔是PHP性能提高的將來。數組

HHVM（HipHop Virtual Machine）的起源

HHVM是一個開源的PHP虛擬機，使用JIT的編譯方式以及其餘技術，讓PHP代碼的執行性能大幅提高。據傳，能夠將當前版本的原生PHP代碼提高5-10倍的執行性能。緩存

HHVM起源於Facebook公司，Facebook早起的不少代碼是使用PHP來開發的，可是，隨着業務的快速發展，PHP執行效率成爲愈來愈明顯的問題。爲了優化執行效率，Facebook在2008年就開始使用HipHop，這是一種PHP執行引擎，最初是爲了將Fackbook的大量PHP代碼轉成 C++，以提升性能和節約資源。使用HipHop的PHP代碼在性能上有數倍的提高。後來，Facebook將HipHop平臺開源，逐漸發展爲如今的HHVM。安全

1. PHP爲何慢？性能優化

PHP的慢是相對於C/C++級別的語言來講，事實上，PHP語言最初的設計，就不是用來解決計算密集型的應用場景。咱們能夠這樣粗略理解爲，PHP爲了提高開發效率，而犧牲了執行效率。網絡

咱們知道PHP一個很大的特色，就是弱類型特性，也就是說，我能夠隨意定義一個變量，而後給它隨意賦值爲各類類型的數據。以一個int整型數字爲例子，在C語言中：

int num = 200;//一般是4字節

可是，若是是PHP定義了一個一樣的變量，實際對應的存儲結構則是：

這個結構體將會佔據遠比C變量多得多的內存，PHP中定義方式以下：

$a = 200;//這變量將實際佔用對比C變量不少倍的存儲空間。

其實對PHP來講，不管存儲什麼類型的數據，都是用上述「通殺」的結構體實現。爲了兼容PHP程序員的變量類型「亂入」，PHP作到了對開發者的友好，可是對執行引擎很殘酷。單個變量內存消耗可能還不明顯，一旦用到PHP的數組等，則複雜度指數上升（數組的實現是HashTable）。而後，Zend引擎執行時，將這些PHP代碼編譯爲opcode（PHP的中間字節碼，格式有點相似於彙編），由Zend引擎逐行解釋執行。

不管是字符串的鏈接操做，仍是數組的簡單修改等，幾乎都是「PHP程序員一句話，Zend引擎跑斷腿」的節奏。所以，一樣的操做，對比C來講，PHP消耗了更多的CPU和內存等系統資源。除此以外，還有內存自動回收、變量類型判斷等等，都會增長系統資源的消耗。

例如，我用純PHP實現的快速排序函數和原生sort函數，排序10000個整型數字，來作一個耗時對比，結果以下：

原生的sort耗時3.44 ms，而咱們本身實現的PHP函數sort則是68.79 ms。咱們發現，二者執行效率差距巨大。個人測試方式，是計算函數執行先後的時間間隔，而不是整個PHP腳本從啓動到結束的時間。PHP腳本啓動和關閉過程，自己有着一系列的初始化和清理工做，也會佔據很多的耗時。

一般狀況下，PHP執行效率的排行是：

最快的是PHP語言結構（isset、echo等），PHP語言的一部分（它們根本不是函數）。
而後比較快的就是PHP的原生和拓展函數。PHP拓展，基於Zend API之上，用C實現的功能，執行效率和C++/Java是屬於同一個數量級的。
真正慢的就是，咱們經過PHP本身寫的代碼和函數。例如，假如咱們使用的比較重的純PHP實現的框架，由於框架自己的模塊不少，因此，會明顯拖累語言層面的執行效率，同時佔據更多的內存。（國內的Yaf框架，以拓展的方式實現，所以執行效率遠快於純PHP寫的框架）

在通常狀況下，咱們並不推薦用過PHP實現邏輯複雜計算類型的功能，尤爲是Web系統流量比較大的場景下。所以，PHP程序員應該對PHP的各類原生函數和各種拓展有一個比較普遍的瞭解，在具體的功能實現場景中，尋求更原生的解決方案（原生接口或者拓展），而不是本身寫一堆複雜的PHP代碼來實現這類型功能。

若是有足夠的PHP拓展開發實力，將這類型業務功能重寫爲一個PHP拓展，也會大幅提高代碼的執行效率。這是一個很是不錯的方式，也被普遍應用PHP優化中。可是，本身編寫的PHP業務拓展的缺點也很明顯：

拓展開發耗時比較長，需求變動的時候修改也複雜，寫得很差可能會影響Web服務穩定性。（例如，在Apache的worker模式下，多線程場景下掛掉，會影響同一個進程下的其餘正常子線程。若是是多線程的Web模式，編寫拓展還須要支持線程安全）
拓展在PHP版本升級的時候，可能須要作額外的兼容工做。
人員變更後的維護和接手成本也比較高。

實際上，在互聯網一線企業中，更常見的解決方案，並不是增長PHP拓展，而用C/C++獨立寫一個服務server，而後PHP經過socket和服務server通訊來完成業務處理，並不將PHP自己和業務耦合在一塊兒。

不過，Web服務大部分的性能瓶頸都在網絡傳輸和其餘服務server的耗時上（例如MySQL等），PHP執行的耗時在總體耗時的佔用比例很是小，因此從業務角度來講，影響可能並不明顯。

2. HHVM提高PHP執行性能的方式

HHVM提高PHP性能的途徑，採用的方式就是替代Zend引擎來生成和執行PHP的中間字節碼（HHVM生成本身格式的中間字節碼），執行時經過JIT（Just In Time，即時編譯是種軟件優化技術，指在運行時纔會去編譯字節碼爲機器碼）轉爲機器碼執行。Zend引擎默認作法，是先編譯爲opcode，而後再逐條執行，一般每條指令對應的是C語言級別的函數。若是咱們產生大量重複的opcode（純PHP寫的代碼和函數），對應的則是Zend屢次逐條執行這些C代碼。而JIT所作的則是更進一步，將大量重複執行的字節碼在運行的時候編譯爲機器碼，達到提升執行效率的目的。一般，觸發JIT的條件是代碼或者函數被屢次重複調用。

普通的PHP代碼，由於沒法固定變量的類型，須要額外添加判斷類型的邏輯代碼，這樣PHP代碼是不利於CPU執行和優化的。所以，HHVM一般須要用到Hack寫法（爲了兼容某種特性而額外添加的技巧性質的代碼）的PHP代碼來「配合」，就是爲了讓變量類型固定，方便虛擬機編譯執行。PHP追求以一種形式來容納一切類型，而Hack則能夠將被容納的一切標記上肯定的類型。

PHP代碼的Hack寫法的例子：

上面的例子中，PHP代碼主要被添加上了變量類型。Hack寫法的整體方向，就是將以前「動態」的寫法變爲「靜態」的寫法，來配合HHVM。

HHVM由於它的高性能而吸引了很多人的關注，一些一線互聯網公司也開始跟進使用。從純語言執行性能測試結果來看，HHVM領先了開發中的PHP7版本很多。

不過，從具體業務場景來看，HHVM和PHP7的差距並無那麼大，以WordPress開源博客首頁爲測試場景的結果中，他們目前的差距並不明顯。

可是，PHP7目前還在開發中，就已經可用的技術方案來看，目前的HHVM略勝一籌。不過，HHVM的部署和應用都存在一些的問題：

服務部署比較複雜，有必定維護成本。
對PHP原生代碼並不是完整支持，PHP拓展也須要作適當的兼容。
HHVM是個新虛擬機，長時間運行有內存泄露。（聽說，一線互聯網公司在應用這個技術時，是經過本身打Patch的方式解決內存泄露）

HHVM畢竟是一個相對比較新的開源項目，發展到成熟仍然須要必定時間。

PHP7的性能革新

PHP長期以來飽受批評的性能問題，將會在這個版本獲得大幅度的改善。版本中間沒有PHP6哈，聽說，是由於這個版本曾經立過項目，後來大部分功能都在5.x的版本里實現了，爲了不混淆，下一個大版本直接就是PHP7。（幾年之前，我還看到過關於PHP6的書籍。）

1. PHP7的介紹

雖然PHP7的正式版本可能要到2015年的10月份才發佈，不過明年6月份應能夠看見一個測試版本了，以後是3-4個月的質量保證。

PHP社區的項目計劃以下：

由於項目仍然處於開發中的緣由，從表格中，能夠看見的特性描述都比較模糊。確定有更多的其餘特性，只是還沒有公佈。下面的這些，是從PHP社區看見的，由於PHP7是一個開發中的項目，下面的這些也不必定準確，不過，不妨礙咱們一塊兒來看看。

PHPNG（PHP next generation，下一代PHP），對Zend執行引擎自己的各類性能優化，其中JIT，可能會實如今Zend Opcache組件中。
AST（Abstract Syntax Tree，抽象語法樹），目的是在PHP編譯過程引入一箇中間件，替代直接從解釋器吐出opcode的方式。讓解釋器和編譯器解耦，能夠減小大量Hack代碼，同時，讓實現更容易理解和維護。
uniform variable syntax（統一變量語法），引入一種內部一致和完整的變量語法，讓PHP的解析器更完整地支持各類類型的變量。部分變量的用法須要調整，例如變量的變量$$a等。
支持integer semantics（整型語義），例如NaN、Infinity、<<、>>，修正list()的一致性等等。

上面的特性中，最使人期待的就是PHPng的性能優化，PHP社區已經放出了一些性能的測速數據。從數據上看，PHPng的執行性能比起項目啓動之初，已經有接近1倍的提高。這個成績已經很是不錯，何況，最關鍵的是PHP7的優化計劃還有不少還沒有完成。等到都所有完成了，相信咱們能夠看見一個性能更高的PHP7。

這測速數據是來自於PHP社區（wiki.php.net/phpng），截取了一部分的數據：

對其當前PHP5.6版本，PHPNG的10月份性能提高已經很是明顯了：

簡單翻譯下：

綜合測試速度提高35%。
在實際應用場景有20%-70%的速度提高（WordPress首頁有60%的提高）
更少的內存消耗
支持大部分經常使用的SAPIs
支持大部分的PHP拓展綁定到資源分配（69個完成，6個待遷移）
提供堪比HHVM3.3.0的執行速度

2. PHP的弱類型爭議

PHP被爭議的特色不少，可是隨着語言版本的發佈和完善，功能和特性方面的批評開始變少了。可是，PHP的「弱類型」特性，卻明顯受到更多的爭議，從HHVM經過Hack的方式直接「去掉」了「弱類型」特性能夠看出，HHVM並不喜歡「弱類型」特性。然而，在咱們不少PHP程序員的眼中，這倒是PHP的重要優勢之一。PHP裏的變量被設計得隨性和飄逸，海納百川，一切皆可包容，不是讓語言顯得更爲簡單嗎？

實際上，有些人認爲它是個嚴重的問題，對於「弱類型」的批評觀點大體以下：

在「嚴謹」的語言中，一般是預先定義好一個變量的類型，自始至終，變量的類型是固定的，使用範圍也是固定。而PHP的變量，一般咱們只能看見它名字，類型大部分都不能夠預先定義，而且還能夠隨意改變。（內存分配很差管理）
爲了兼容弱類型特性，PHP須要實現大量兼容代碼，包括類型判斷、類型轉換、存儲方式等，增長了語言內部的複雜度。（執行效率低下）
變量的類型是不可控的，在執行過程當中存在大量的「隱性類型轉換」，容易產生不可預知的結果。（這裏的確須要強調，PHP的類型轉換是個必須掌握的點，各類類型的互相轉換的可能會產生不少問題，尤爲是初學PHP的同窗哈）

他們認爲，這些都不符合「所見即所得」的簡單性，而語法嚴謹的語言更高效率，也更容易「理解」。

受到相似批評的還有Javascript等語言，由於它在這個問題上的表現是同樣的。可是，一門語言最終被大規模使用，必然有它們的道理。PHP成爲Web服務開發的首選腳本語言，Javascript則直接稱霸Web前端領域，能走到這一步都不多是偶然因素，開發者們用腳投票選擇了它們。編程語言是人類和機器溝通的橋樑，終極追求是實現「人人皆可編程」的宏偉目標。

縱觀語言發展歷史，從0和1的機器碼開始，到彙編語言，而後到C語言，再到動態腳本語言PHP。執行效率呈指數降低，可是，學習門檻也呈指數下降。PHP語言不只屏蔽了C的內存管理和指針的複雜性，並且更進一步屏蔽了變量類型的複雜性。提高了項目開發的效率，下降了學習的門檻，但同時犧牲了必定的執行性能。而後，HHVM的Hack給咱們一種「迴歸原始」的感受，從新引入了變量的複雜性。固然，不一樣的語言解決不一樣場景下的問題，並不可以一律而論。

小結

HHVM對PHP的性能提高，讓人眼前一亮，而磨刀霍霍的PHP7則讓人萬分期待。二者都是極其優秀的開源項目，都在不斷前進和發展中。就目前而言，由於距離PHP7正式版的發佈還有比較長的一段時間，因此當前性能優化方案的首選固然是HHVM。不過，就我我的而言，我比較看好PHP7，由於它更能作到PHP代碼的向下兼容。若是二者性能相差不大，我會選擇簡單的那個。

參考資料：

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《問底》是CSDN雲計算頻道新建欄目，以實踐爲本，分享我的對於新時代軟件架構與研發的深入看法。在含有「【問底】」字樣標題的文章中，你會看到某個國外IT巨頭的架構分享，會看到國內資深工程師對某個技術的實踐總結，更會看到一系列關於某個新技術的探索。 《問底》邀請對技術具備獨特/深入看法的你一塊兒打造一片只屬於技術的天空，詳情可郵件至zhonghao@csdn.net。

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