PHP7內存性能優化的思想精髓

前面咱們討論了內存的工做原理，也進行了一些性能相關的測試。 那麼今天開始咱們來看幾個在實踐中的應用。 首先咱們先從PHP開始。

2015年，PHP7的發佈能夠說是在技術圈裏引發了不小的轟動，由於它的執行效率比PHP5直接翻了一倍。PHP7在內存方面，你是否知道做者都進行了哪些優化？幾個核心結構體的改進只是表面上看起來優化的幾個字節那麼簡單？讓咱們從幾個核心的數據結構改進開始看起。

1PHP7 zval的變化一、php5.3中的zval：

typedef unsigned int zend_object_handle;
typedef struct _zend_object_value {
    zend_object_handle handle;
    zend_object_handlers *handlers;
} zend_object_value;

typedef union _zvalue_value {
    long lval;                  /* long value */
    double dval;                /* double value */
    struct {
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;              /* hash table value */
    zend_object_value obj;
} zvalue_value;

struct _zval_struct {
    /* Variable information */
    zvalue_value value;     /* value */
    zend_uint refcount__gc;
    zend_uchar type;    /* active type */
    zend_uchar is_ref__gc;
};

咱們這裏只討論64位操做系統下的狀況。該zval_struct結構體中的由四個成員構成，其中zvalue_value稍微複雜一些，是一個聯合體。聯合體中最長的成員是一個指針加一個int，8+4=12字節。可是默認狀況下，會進行內存對齊，故zval_struct會佔用16字節。 那麼。

_zval_struct總的字節 = value（16）+ refcount__gc（4）+ type（1）+ is_ref__gc（1）= 佔用22字節。

最後再考慮下內存對齊，實際佔用24字節。（若是算的有點暈話，感興趣的同窗能夠寫段簡單的測試代碼，使用sizeof查看一下）

二、PHP7.2中的zval

typedef struct _zval_struct     zval;
typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;             /* long value */
    double            dval;             /* double value */
    zend_refcounted  *counted;
    zend_string      *str;
    zend_array       *arr;
    zend_object      *obj;
    zend_resource    *res;
    zend_reference   *ref;
    zend_ast_ref     *ast;
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        uint32_t w1;
        uint32_t w2;
    } ww;
} zend_value;
struct _zval_struct {
    zend_value        value;            /* value */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    type,
                zend_uchar    type_flags,
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)
        } v;
        int type_info;
    } u1;
    union {  ...... } u2;
};

7.2中的zval_struct結構體裏由3個成員構成，其中zend_value看起來比較複雜，實際上只是一個8字節的聯合體。 u1也是一個聯合體，佔用是4個字節。u2也同樣。這樣zval_struct就實際佔用16個字節。

2PHP7 HashTable的變化一、PHP5.3裏的HashTable:

typedef struct _hashtable {
        uint nTableSize;
        uint nTableMask;
        uint nNumOfElements;   //注意這裏：浪費ing
        ulong nNextFreeElement;
        Bucket *pInternalPointer;       /* Used for element traversal */
        Bucket *pListHead;
        Bucket *pListTail;
        Bucket **arBuckets;
        dtor_func_t pDestructor;
        zend_bool persistent;
        unsigned char nApplyCount;
        zend_bool bApplyProtection;
} HashTable;

在5.3裏HashTable就是一個大struct， 有點小複雜，咱們拆開了細說，

• uint nTableSize 4字節

• uint nTableMask 4字節

• uint nNumOfElements 4字節，

• ulong nNextFreeElement 8字節 注意這前面的4個字節會被浪費掉，由於nNextFreeElement的開始地址須要對齊

• Bucket *pInternalPointer 8字節

• Bucket *pListHead 8字節

• Bucket *pListTail 8字節

• Bucket **arBuckets 8字節

• dtor_func_t pDestructor 8字節

• zend_bool persistent 1字節

• unsigned char nApplyCoun 1字節

• zend_bool bApplyProtection 1字節

最終，總字節數 = 4+4+4+4(nNextFreeElement前面這四個字節會留空)+8+8+8+8+8+8+1+1+1 = 67字節。再加上結構體自己要對齊到8的整數倍，因此實際佔用72字節。

二、PHP7.2裏的HashTable:

typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
    zend_refcounted_h gc;
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    flags,
                zend_uchar    nApplyCount,
                zend_uchar    nIteratorsCount,
                zend_uchar    consistency)
        } v;
        uint32_t flags;
    } u;
    uint32_t          nTableMask;
    Bucket           *arData;
    uint32_t          nNumUsed;
    uint32_t          nNumOfElements;
    uint32_t          nTableSize;
    uint32_t          nInternalPointer;
    zend_long         nNextFreeElement;
    dtor_func_t       pDestructor;
};s

在7.2裏HashTable

• zend_refcounted_h gc 看起來唬人，實際就是個long，佔用8字節

• union... u 佔用4字節

• uint32_t 佔用4字節

• Bucket* 指針佔用8字節

• uint32_t nNumUsed 佔用4字節

• uint32_t nNumOfElements 佔用4字節

• uint32_t nTableSize 佔用4字節

• uint32_t nInternalPointer 佔用4字節

• zend_long nNextFreeElement 佔用8字節

• dtor_func_t pDestructor 佔用8字節

總佔用字節數 = 8+4+4+8+4+4+4+4+8+8 = 56字節，而且正好達到了內存對齊的狀態，沒有額外的浪費。

另外還有PHP源代碼裏常常出鏡的Buckets也從72降低到了32字節，這裏我就不翻源代碼了。

3優化思想精髓噹噹噹，敲黑板，重點來了！咱們看了兩個核心數據結構的結構體變化，這上面的優化都是什麼含義呢？ 拿HashTable舉例，貌似從72字節優化到了56字節，這內存節約的也不是特別多嘛，才20%多而已！但這中間其實隱藏了兩個較深層次優化思路：

第1、你是否記得咱們前面CPU在向內存要數據的時候是以Cache Line爲單位進行的，而咱們說過Cache Line的大小就是64字節。回過頭來看HashTable，在7.2裏的56字節，只須要CPU向內存進行一次Cache Line大小的burst IO，就夠了。而在5.3裏的72字節，雖然只比Cache Line大了那麼一丟丟，可是對不起，必須得進行兩次burst IO才能夠。 因此，在計算機裏，56字節相對72字節其實是翻倍的性能提高！！

第2、CPU的L一、L二、L3的容量是固定的幾十K或者幾十M。假設Cache的都是HashTable，那麼Cache容量不變的條件下，能Cache住的HashTable將會翻倍，緩存命中率提高一大截。要知道L1命中後只須要1ns多一點的耗時，而若是穿透到內存的話可能就須要40多納秒的延時了，整整差了幾十倍。

因此PHP內核的做者大牛深諳CPU與內存的工做原理，表面上看起來只是幾個字節的節約，可是實際上爆發出了巨大的性能提高！！