【问底】徐汉彬：PHP7和HHVM的性能之争

转载：http://www.csdn.net/article/2014-12-19/2823234?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

 

【导读】徐汉彬曾在阿里巴巴和腾讯从事4年多的技术研发工做，负责过日请求量过亿的Web系统升级与重构，目前在小满科技创业，从事SaaS服务技术建设。最近，PHP7和HHVM的性能之争成为了一个讨论热点，它们都在提高PHP执行性能方面取得了突破性的进展。这篇文章，参考了两个社区的技术新进展，为你们科普和介绍它们的性能之争。 

 

PHP语言的排名变化

根据“TIOBE编程语言排行榜”（榜单虽然统计方式有局限，可是仍然不失为一个比较好的参考），2010年PHP最高曾经在世界编程语言中排名第三。可见，PHP语言在PC互联网时代的Web领域可谓叱咤风云，擎天一柱。 

 

在PHP程序员中，曾经流传着一个段子：

某女：你能让这个论坛的人都吵起来，我就跟你吃饭。 
PHP程序员：PHP是世界上最好的语言！ 
某论坛炸锅了，各类吵架……  
某女：服了你了，咱们走吧！ 
PHP程序员：今天不行，我必定要说服他们，PHP必须是最好的语言。

好了，咱们言归正传，语言自己无分好坏，只是在各自使用的场景中解决不一样的问题。互联网的时代车轮是很快的，随着移动互联网的到来，在短短四年多的时间里，移动端技术发展横扫全球。与此同时，各类语言群雄并起，而昔日辉煌的PHP从原来的编程语言的榜单看，降低到第六位（2014年12月榜单）。因而，唱衰PHP的声音此起彼伏。

 

可是，鸟哥（惠新宸，PHP语言开发者之一）在2014年的Qcon分享中有一个数据，全球排名前100万的网站中，81.3%使用的Web服务端脚本语言是PHP，2013年同期是78.3%。也就是说，PHP的在Web服务方面并无减小，只是在移动互联网浪潮中，增长了不少的其余语言技术的应用，进而被稀释了。

最近关于PHP7和HHVM的性能对比，成为了一个热点的争议话题，你们都在讨论和关注哪个才是PHP性能提高的将来。

HHVM（HipHop Virtual Machine）的起源

HHVM是一个开源的PHP虚拟机，使用JIT的编译方式以及其余技术，让PHP代码的执行性能大幅提高。据传，能够将当前版本的原生PHP代码提高5-10倍的执行性能。

HHVM起源于Facebook公司，Facebook早起的不少代码是使用PHP来开发的，可是，随着业务的快速发展，PHP执行效率成为愈来愈明显的问题。为了优化执行效率，Facebook在2008年就开始使用HipHop，这是一种PHP执行引擎，最初是为了将Fackbook的大量PHP代码转成 C++，以提升性能和节约资源。使用HipHop的PHP代码在性能上有数倍的提高。后来，Facebook将HipHop平台开源，逐渐发展为如今的HHVM。

1. PHP为何慢？

PHP的慢是相对于C/C++级别的语言来讲，事实上，PHP语言最初的设计，就不是用来解决计算密集型的应用场景。咱们能够这样粗略理解为，PHP为了提高开发效率，而牺牲了执行效率。

咱们知道PHP一个很大的特色，就是弱类型特性，也就是说，我能够随意定义一个变量，而后给它随意赋值为各类类型的数据。以一个int整型数字为例子，在C语言中：

int num = 200;//一般是4字节

可是，若是是PHP定义了一个一样的变量，实际对应的存储结构则是：

 

这个结构体将会占据远比C变量多得多的内存，PHP中定义方式以下：

$a = 200;//这变量将实际占用对比C变量不少倍的存储空间。

其实对PHP来讲，不管存储什么类型的数据，都是用上述“通杀”的结构体实现。为了兼容PHP程序员的变量类型“乱入”，PHP作到了对开发者的友好，可是对执行引擎很残酷。单个变量内存消耗可能还不明显，一旦用到PHP的数组等，则复杂度指数上升（数组的实现是HashTable）。而后，Zend引擎执行时，将这些PHP代码编译为opcode（PHP的中间字节码，格式有点相似于汇编），由Zend引擎逐行解释执行。

不管是字符串的链接操做，仍是数组的简单修改等，几乎都是“PHP程序员一句话，Zend引擎跑断腿”的节奏。所以，一样的操做，对比C来讲，PHP消耗了更多的CPU和内存等系统资源。除此以外，还有内存自动回收、变量类型判断等等，都会增长系统资源的消耗。

例如，我用纯PHP实现的快速排序函数和原生sort函数，排序10000个整型数字，来作一个耗时对比，结果以下：

 

原生的sort耗时3.44 ms，而咱们本身实现的PHP函数sort则是68.79 ms。咱们发现，二者执行效率差距巨大。个人测试方式，是计算函数执行先后的时间间隔，而不是整个PHP脚本从启动到结束的时间。PHP脚本启动和关闭过程，自己有着一系列的初始化和清理工做，也会占据很多的耗时。 

 

 

一般状况下，PHP执行效率的排行是：

 

1. 最快的是PHP语言结构（isset、echo等），PHP语言的一部分（它们根本不是函数）。
2. 而后比较快的就是PHP的原生和拓展函数。PHP拓展，基于Zend API之上，用C实现的功能，执行效率和C++/Java是属于同一个数量级的。
3. 真正慢的就是，咱们经过PHP本身写的代码和函数。例如，假如咱们使用的比较重的纯PHP实现的框架，由于框架自己的模块不少，因此，会明显拖累语言层面的执行效率，同时占据更多的内存。（国内的Yaf框架，以拓展的方式实现，所以执行效率远快于纯PHP写的框架）

 

 

在通常状况下，咱们并不推荐用过PHP实现逻辑复杂计算类型的功能，尤为是Web系统流量比较大的场景下。所以，PHP程序员应该对PHP的各类原生函数和各种拓展有一个比较普遍的了解，在具体的功能实现场景中，寻求更原生的解决方案（原生接口或者拓展），而不是本身写一堆复杂的PHP代码来实现这类型功能。

若是有足够的PHP拓展开发实力，将这类型业务功能重写为一个PHP拓展，也会大幅提高代码的执行效率。这是一个很是不错的方式，也被普遍应用PHP优化中。可是，本身编写的PHP业务拓展的缺点也很明显：

 

1. 拓展开发耗时比较长，需求变动的时候修改也复杂，写得很差可能会影响Web服务稳定性。（例如，在Apache的worker模式下，多线程场景下挂掉，会影响同一个进程下的其余正常子线程。若是是多线程的Web模式，编写拓展还须要支持线程安全）
2. 拓展在PHP版本升级的时候，可能须要作额外的兼容工做。
3. 人员变更后的维护和接手成本也比较高。

 

实际上，在互联网一线企业中，更常见的解决方案，并不是增长PHP拓展，而用C/C++独立写一个服务server，而后PHP经过socket和服务server通讯来完成业务处理，并不将PHP自己和业务耦合在一块儿。

不过，Web服务大部分的性能瓶颈都在网络传输和其余服务server的耗时上（例如MySQL等），PHP执行的耗时在总体耗时的占用比例很是小，因此从业务角度来讲，影响可能并不明显。

2. HHVM提高PHP执行性能的方式

HHVM提高PHP性能的途径，采用的方式就是替代Zend引擎来生成和执行PHP的中间字节码（HHVM生成本身格式的中间字节码），执行时经过JIT（Just In Time，即时编译是种软件优化技术，指在运行时才会去编译字节码为机器码）转为机器码执行。Zend引擎默认作法，是先编译为opcode，而后再逐条执行，一般每条指令对应的是C语言级别的函数。若是咱们产生大量重复的opcode（纯PHP写的代码和函数），对应的则是Zend屡次逐条执行这些C代码。而JIT所作的则是更进一步，将大量重复执行的字节码在运行的时候编译为机器码，达到提升执行效率的目的。一般，触发JIT的条件是代码或者函数被屡次重复调用。

 

普通的PHP代码，由于没法固定变量的类型，须要额外添加判断类型的逻辑代码，这样PHP代码是不利于CPU执行和优化的。所以，HHVM一般须要用到Hack写法（为了兼容某种特性而额外添加的技巧性质的代码）的PHP代码来“配合”，就是为了让变量类型固定，方便虚拟机编译执行。PHP追求以一种形式来容纳一切类型，而Hack则能够将被容纳的一切标记上肯定的类型。

PHP代码的Hack写法的例子：

 

上面的例子中，PHP代码主要被添加上了变量类型。Hack写法的整体方向，就是将以前“动态”的写法变为“静态”的写法，来配合HHVM。

HHVM由于它的高性能而吸引了很多人的关注，一些一线互联网公司也开始跟进使用。从纯语言执行性能测试结果来看，HHVM领先了开发中的PHP7版本很多。

 

不过，从具体业务场景来看，HHVM和PHP7的差距并无那么大，以WordPress开源博客首页为测试场景的结果中，他们目前的差距并不明显。 

 

可是，PHP7目前还在开发中，就已经可用的技术方案来看，目前的HHVM略胜一筹。不过，HHVM的部署和应用都存在一些的问题：

 

1. 服务部署比较复杂，有必定维护成本。
2. 对PHP原生代码并不是完整支持，PHP拓展也须要作适当的兼容。
3. HHVM是个新虚拟机，长时间运行有内存泄露。（听说，一线互联网公司在应用这个技术时，是经过本身打Patch的方式解决内存泄露）

 

HHVM毕竟是一个相对比较新的开源项目，发展到成熟仍然须要必定时间。

PHP7的性能革新

PHP长期以来饱受批评的性能问题，将会在这个版本获得大幅度的改善。版本中间没有PHP6哈，听说，是由于这个版本曾经立过项目，后来大部分功能都在5.x的版本里实现了，为了不混淆，下一个大版本直接就是PHP7。（几年之前，我还看到过关于PHP6的书籍。）

1. PHP7的介绍

虽然PHP7的正式版本可能要到2015年的10月份才发布，不过明年6月份应能够看见一个测试版本了，以后是3-4个月的质量保证。

PHP社区的项目计划以下：

 

由于项目仍然处于开发中的缘由，从表格中，能够看见的特性描述都比较模糊。确定有更多的其余特性，只是还没有公布。下面的这些，是从PHP社区看见的，由于PHP7是一个开发中的项目，下面的这些也不必定准确，不过，不妨碍咱们一块儿来看看。

 

1. PHPNG（PHP next generation，下一代PHP），对Zend执行引擎自己的各类性能优化，其中JIT，可能会实如今Zend Opcache组件中。
2. AST（Abstract Syntax Tree，抽象语法树），目的是在PHP编译过程引入一个中间件，替代直接从解释器吐出opcode的方式。让解释器和编译器解耦，能够减小大量Hack代码，同时，让实现更容易理解和维护。
3. uniform variable syntax（统一变量语法），引入一种内部一致和完整的变量语法，让PHP的解析器更完整地支持各类类型的变量。部分变量的用法须要调整，例如变量的变量$$a等。
4. 支持integer semantics（整型语义），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的性能优化，PHP社区已经放出了一些性能的测速数据。从数据上看，PHPng的执行性能比起项目启动之初，已经有接近1倍的提高。这个成绩已经很是不错，何况，最关键的是PHP7的优化计划还有不少还没有完成。等到都所有完成了，相信咱们能够看见一个性能更高的PHP7。

这测速数据是来自于PHP社区（wiki.php.net/phpng），截取了一部分的数据：

 

对其当前PHP5.6版本，PHPNG的10月份性能提高已经很是明显了： 

 

简单翻译下：

 

• 综合测试速度提高35%。
• 在实际应用场景有20%-70%的速度提高（WordPress首页有60%的提高）
• 更少的内存消耗
• 支持大部分经常使用的SAPIs
• 支持大部分的PHP拓展绑定到资源分配（69个完成，6个待迁移）
• 提供堪比HHVM3.3.0的执行速度

 

2. PHP的弱类型争议

PHP被争议的特色不少，可是随着语言版本的发布和完善，功能和特性方面的批评开始变少了。可是，PHP的“弱类型”特性，却明显受到更多的争议，从HHVM经过Hack的方式直接“去掉”了“弱类型”特性能够看出，HHVM并不喜欢“弱类型”特性。然而，在咱们不少PHP程序员的眼中，这倒是PHP的重要优势之一。PHP里的变量被设计得随性和飘逸，海纳百川，一切皆可包容，不是让语言显得更为简单吗？

实际上，有些人认为它是个严重的问题，对于“弱类型”的批评观点大体以下：

 

1. 在“严谨”的语言中，一般是预先定义好一个变量的类型，自始至终，变量的类型是固定的，使用范围也是固定。而PHP的变量，一般咱们只能看见它名字，类型大部分都不能够预先定义，而且还能够随意改变。（内存分配很差管理）
2. 为了兼容弱类型特性，PHP须要实现大量兼容代码，包括类型判断、类型转换、存储方式等，增长了语言内部的复杂度。（执行效率低下）
3. 变量的类型是不可控的，在执行过程当中存在大量的“隐性类型转换”，容易产生不可预知的结果。（这里的确须要强调，PHP的类型转换是个必须掌握的点，各类类型的互相转换的可能会产生不少问题，尤为是初学PHP的同窗哈）

 

他们认为，这些都不符合“所见即所得”的简单性，而语法严谨的语言更高效率，也更容易“理解”。

受到相似批评的还有Javascript等语言，由于它在这个问题上的表现是同样的。可是，一门语言最终被大规模使用，必然有它们的道理。PHP成为Web服务开发的首选脚本语言，Javascript则直接称霸Web前端领域，能走到这一步都不多是偶然因素，开发者们用脚投票选择了它们。编程语言是人类和机器沟通的桥梁，终极追求是实现“人人皆可编程”的宏伟目标。

纵观语言发展历史，从0和1的机器码开始，到汇编语言，而后到C语言，再到动态脚本语言PHP。执行效率呈指数降低，可是，学习门槛也呈指数下降。PHP语言不只屏蔽了C的内存管理和指针的复杂性，并且更进一步屏蔽了变量类型的复杂性。提高了项目开发的效率，下降了学习的门槛，但同时牺牲了必定的执行性能。而后，HHVM的Hack给咱们一种“回归原始”的感受，从新引入了变量的复杂性。固然，不一样的语言解决不一样场景下的问题，并不可以一律而论。

 

小结

HHVM对PHP的性能提高，让人眼前一亮，而磨刀霍霍的PHP7则让人万分期待。二者都是极其优秀的开源项目，都在不断前进和发展中。就目前而言，由于距离PHP7正式版的发布还有比较长的一段时间，因此当前性能优化方案的首选固然是HHVM。不过，就我我的而言，我比较看好PHP7，由于它更能作到PHP代码的向下兼容。若是二者性能相差不大，我会选择简单的那个。

参考资料：

 

• https://wiki.php.net/rfc/php7timeline
• https://wiki.php.net/phpng
• http://hhvm.com/