如何讓PHP性能問題再也不飽受詬病

PHP做爲Web開發中應用最普遍的開源腳本語言，憑藉庫類豐富，使用簡單，安全等特色，成爲Facebook和BAT等互聯網巨頭和全球超過70%網站的主要開發語言，然而性能問題是PHP一直以來飽受詬病的，來自PHP/PECL開發組的高馳濤同窗將爲咱們帶來他對PHP性能優化方面的思考和建議。

本期主講：高馳濤，Neeke Gao，PHP/PECL開發組成員，同時是SeasLog，JsonNet-PHP的做者，目前在雲智慧擔任架構師。
今天主要從PHP的發展和性能優化歷史，來談PHP語言在性能優化方面所作過的努力，以及咱們的一些研究成果。
談起PHP，咱們先來了解幾個數字：

1995年， PHP發佈了第一個版本，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，那時候只是被看成製做我的網頁的一門簡單語言；後來隨着互聯網的發展以及開源社區的貢獻，PHP逐步成長成爲一門被普遍應用的高級語言，其英文含義也進化爲PHP: Hypertext Preprocessor，即超級文本預處理語言。

官方統計數字顯示，全球排名前1000萬的網站應用中，有81.9%是使用PHP語言開發的。並且，天天有416個新增PHP網站進入全球前1000萬排名，數量還在不斷增長。發展到今天，PHP經歷了4,5,7幾個很是重大的版本迭代，最新的release版本是7.0.6。在二十多年的發展過程當中，應用最普遍的PHP版本是PHP 5，同時也是目前全球互聯網上應用最爲普遍的一個語言版本。

爲何沒有PHP6，而是直接從PHP5到PHP7，這裏面有一個小故事。目前的PHP5.6，其實就是原預計發佈的PHP6，但因爲各項改動不足以支撐一個全新的PHP分支，組織內投票沒有經過發佈，而最終做爲了PHP5.6進行發佈。

PHP7又稱爲PHP NG，即「PHP Next Generation(下一代PHP)」，在性能和穩定性方面作了很是大的提高。爲何這麼說呢，要從PHP的業務模型提及。

一、PHP Transaction Module業務模型
下面我先帶你們過一下PHP5幾個重大版本改動中的性能優化點，下面這張圖是PHP整個運行過程當中的幾個關鍵點。

在PHP運行過程當中，在Script Entry接收到請求以後。
首先通過語法解析器（Parser），此時會拋出一些致命的語法錯誤或警告（後續的版本改動中，會有一些致命錯誤轉換爲exception拋出）；
其次通過編譯器（Compiler），這部份內容中會進行更高級的解析，並測試將PHP高級語言編譯成OpCode；

而後交給Execute進行執行；執行過程當中發現有新的文件或類被引入，會再進行Compiler，往復執行。

從這裏能夠看出，其實PHP也是「編譯型」語言，只不過是每次請求都編譯，或稱動態編譯。那麼，後續的優化過程當中就能夠進行鍼對性優化，即：將編譯後的內容緩存起來，直接執行，以節省編譯時間。

瞭解一點PHP的同窗都知道，PHP一般被認爲是簡單、低效，這並非沒有道理。咱們來看一段PHP源碼，從而向你們解釋爲何「簡單」，爲何「低效」。

這段結構是PHP5及之前版本中全部變量和方法執行的核心，這是通用的變量存儲結構。能夠看到，同一個變量可以同時有多個屬性，或long，或double，或char，或int，或array，或Object。這給工程師以充分的自由度，一樣的一個數字，或字符串，不須要預設類型，就能夠直接生成並使用。這就是爲何「簡單」，這是對工程師來講的。

而同時丟給Zend引擎（解析執行引擎）的，有着大量的負擔，由於須要引擎在每一次使用或運算時，都要不停的判斷類型到底是什麼類型屬性。這就是爲何「低效」的一個最直接緣由。

二、PHP Performance Difficulty 性能之坑
對於一個使用PHP開發的應用來講，通過大量的實踐，能夠總結出4個最影響性能的點：

IO, Memory, CPU, NetWork，是否是很是眼熟？沒錯，這其實並不僅僅是PHP語言的性能瓶頸，任何一門語言，或者就目前咱們所處的世界中，凡是使用計算機語言開發的服務或應用，都存在這4個瓶頸。

三、Optimize from PHP5 to PHP7 優化之旅
下面就爲你們介紹一下PHP5圍繞以上4個點所作的一些性能優化。在聊具體的性能優化方法以前，咱們能夠拋開以前的知識儲備，打開腦洞，發散思惟，思考應該如何入手。每一個人的想法徹底不同，個人想法是這樣的：

會不會是PHP自己的運行模型（或業務模型）或者Zend引擎設計存在問題？
有沒有可能將PHP語言在發佈運行以前進行預編譯，把它轉變成Bytecode？
有沒有可能經過一種解析器把PHP轉變成C或C++語言，而後進行make或build？
能不能開發另外一套解析運行引擎？
會不會出現另外一套徹底不同的運行模型（或業務模型）？
等等。

這些想法在PHP社區內家常便飯，並不只僅是我一我的在這麼想，很是多PHP資深專家也在思考，並且在各個方向上都有一些開源的工具或服務發佈了。因爲PHP5有很是多版本，這裏咱們僅就應用最廣的PHP5.4和PHP5.5-5.6版原本簡要說明性能優化的幾個點。

PHP5.4 最主要的性能改進是在數組的生成和應用上面，一個簡單的延後分配節省了很是大量的內存，由於多數狀況數組在直接引用上並不進行運算，從而並不進行內存創建與分配工做。另外，PHP5.4在運行時中添加了Literal Table和Binding Cache操做，這兩個改動相對上面延後分配內存是更復雜一些的，它在運行過程當中節省了大量的CPU運算。

PHP5.5及5.6放在一塊兒來講，由於它們真的很像，並且在目前PHP5整個大分支的維護過程當中，通常是在PHP5.5上進行，而後把相關修改向5.6同步。5.5和5.6最重要的一個性能改進，是使用了編譯Cache。前面咱們瞭解了PHP的運行過程當中會存在「編譯->OpCode->執行」的過程，而將編譯結果緩存起來是一個重要的性能優化點，OpCache就是作這個工做的。OpCache今後進入了PHP的內核，而再也不是一個第三方擴展。

同時Zend引擎還有一樣一個Cache優化擴展版本產生，即Zend O+，能夠認爲是Zend的Plus版本，在內存和CPU上，都作了一些改進。

最後來看看PHP7的幾個優化點：PHP7直接修改了Zend Zval結構，這算得上是一個很大改動。同時在PHP7中，數組的結構也變得更加的不同，這又是一個傷筋動骨的改動。官方數據中PHP7較PHP5.6有近兩倍的性能提高，主要就集中在這兩個點上。
看一下PHP源碼：

在一個Zval結構中，一個變量仍然能夠屬於各類類型的，但在使用的時候，能夠快速判斷是哪一種類型，由於不一樣的類型會存儲在不一樣的指針中；並且內存使用也因爲不一樣的指針類型而大量地下降；因爲內存使用大量下降，從而爲CPU更快地尋址和操做帶來了更好的可能性。因此有了Zval的結構變更帶來35%性能提高的結論。

同一個數組，在PHP5中的內存使用是跳躍不連貫的，而在PHP7中是連續有序的，這使得內存使用和CPU使用都更加地高效，數組的結構變更，給PHP7帶來了接近50%的性能提高。
四、PHP Performance Tools 工具推薦

前面在咱們發散思惟時列舉了不少PHP性能優化的點，幾個開源社區中已經發布過針對這些的優化工具，給你們推薦一些：
Facebook發佈的HHVM：

HHVM (HipHop Virtual Machine)相似於C#的CLR和Java的JVM，會將PHP代碼轉換成高級別的字節碼（一般稱爲中間語言），而後在運行時經過即時（JIT）編譯器將這些字節碼轉換爲x64的機器碼。
下面是一些在開發調試過程當中常用的工具和軟件服務：


此類開發工具和服務不少，能夠爲開發者和運維同窗節省大量的定位和解決問題時間。
以我開發的SeasLog爲例，因爲使用內存buffer/批量IO，替代直接IO，能夠直接爲服務的QPS能力提高帶來強勁動力，下圖是SeasLog和log4php的性能對比：
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