PHP 性能分析与实验——性能的宏观分析

【编者按】此前，阅读过了不少关于 PHP 性能分析的文章，不过写的都是一条一条的规则，并且，这些规则并无上下文，也没有明确的实验来体现出这些规则的优点，同时讨论的也侧重于一些语法要点。本文就改变 PHP 性能分析的角度，并经过实例来分析出 PHP 的性能方面须要注意和改进的点。

对 PHP 性能的分析，咱们从两个层面着手，把这篇文章也分红了两个部分，一个是宏观层面，所谓宏观层面，就是 PHP 语言自己和环境层面，一个是应用层面，就是语法和使用规则的层面，不过不只探讨规则，更辅助以示例的分析。

宏观层面，也就是对 PHP 语言自己的性能分析又分为三个方面：

1. PHP 做为解释性语言性能有其自然的缺陷
2. P HP 做为动态类型语言在性能上也有提高的空间
3. 当下主流 PHP 版本自己语言引擎性能

##1、PHP 做为解释性语言的性能分析与提高

PHP 做为一门脚本语言，也是解释性语言，是其自然性能受限的缘由，由于同编译型语言在运行以前编译成二进制代码不一样，解释性语言在每一次运行都面对原始脚本的输入、解析、编译，而后执行。以下是 PHP 做为解释性语言的执行过程。

如上所示，从上图能够看到，每一次运行，都须要经历三个解析、编译、运行三个过程。

那优化的点在哪里呢？能够想见，只要代码文件肯定，解析到编译这一步都是肯定的，由于文件已再也不变化，而执行，则因为输入参数的不一样而不一样。在性能优化的世界里，至上绝招就是在得到一样结果的状况下，减小操做，这就是大名鼎鼎的缓存。缓存无处不在，缓存也是性能优化的杀手锏。因而乎 OpCode 缓存这一招就出现了，只有第一次须要解析和编译，而在后面的执行中，直接由脚本到 Opcode，从而实现了性能提速。执行流程以下图所示：

相对每一次解析、编译，读到脚本以后，直接从缓存读取字节码的效率会有大幅度的提高，提高幅度到底有多大呢？

咱们来作一个没有 Opcode 缓存的实验。20 个并发，总共 10000 次请求没有通过 opcode 缓存的请求，，获得以下结果：

其次，咱们在服务器上打开 Opcode 缓存。要想实现 opcode 缓存，只须要安装 APC、Zend OPCache、eAccelerator 扩展便可，即便安装了多个，也只启用其中一个。注意的是，修改了 php.ini 配置以后，须要从新加载 php-fpm 的配置。

这里分别启用 APC 和 Zend OPCache 作实验。启用 APC 的版本。

能够看到，速度有了较大幅度的提高，原来每一个请求 110ms，每秒处理请求 182 个，启用了 APC 以后 68ms，每秒处理请求 294 个，提高速度将近 40%。

在启用了 Zend Opcache 的版本中，获得同 APC 大体至关的结果。每秒处理请求 291 个，每请求耗时 68.5ms。

从上面的这个实验能够看到，所用的测试页面，有 40ms 以上的时间花在了语法解析和编译这两项上。经过将这两个操做缓存，能够将这个处理过程的速度大大提高。

这里附加补充一下，OpCode 究竟是什么东东，OpCode 编译以后的字节码，咱们可使用bytekit 这样的工具，或者使用 vld PHP 扩展来实现对 PHP 的代码编译。以下是 vld 插件解析代码的运行结果。

能够看到每一行代码被编译成相应的 OpCode 的输出。

##2、PHP 做为动态类型语言的性能分析与改进

第二个是 PHP 语言是动态类型的语言，动态类型的语言自己因为涉及到在内存中的类型推断，好比在 PHP 中，两个整数相加，咱们能获得整数值，一个整数和一个字符串相加，甚至两个字符串相加，都变成整数相加。而字符串和任何类型链接操做都成了字符串。

<?php
$a = 10.11;
$b = "30";
var_dump($a+$b);
var_dump("10"+$b);
var_dump(10+"20");
var_dump("10"+"20");

运行结果以下：

float(40.11)
int(40)
int(30)
int(30)

语言的动态类型为开发者提供了方便，语言自己则会由于动态类型而下降效率。在 Swift 中，有一个特性叫类型推断，咱们能够看看类型推断会带来多大的一个效率上的差异呢？对于须要类型推断与不须要类型推断两段 Swift 代码，咱们尝试编译一下看看效果如何。 第一段代码以下：

这是一段 Swift 代码，字典只有 14 个键值对，这段代码的编译，9 分钟了尚未编译完成（5G 内存，2.4GHz CPU），编译环境为 Swift 1.2，Xcode 6.4。

可是若是调整代码以下：

也就是加上了类型限定，避免了 planeLocation 的类型推断。编译过程花了 2S 。

可见，做为动态类型附加的类型推断操做极大地下降了程序的编译速度。 固然，这个例子有点极端，用 Swift 来类比 PHP 也不必定合适，由于 Swift 语言自己也还在不断的进化过程当中。本例子只是代表在编程语言中，若是是动态类型语言，就涉及到对动态类型的处理，从编译的角度讲是会受影响的。

那么做为动态类型的 PHP 的效率如何提高呢？从 PHP 语言自己这个层面是没有办法解决的，由于你怎么写也是动态类型的代码。解决办法就是将PHP转化为静态类型的表示，也就是作成扩展，能够看到，鸟哥的不少项目，好比 Yaf 框架，都是作成了扩展的，固然这也是因为鸟哥是 C 高手。扩展因为是 C 或者 C++ 而写，因此再也不是动态类型，又加之是编译好的，而 C 语言自己的效率也会提高不少。因此效率会大幅度提升。

下面咱们来看一段代码，这段代码，只是实现了简单的素数运算，能计算指定值之内的素数个数，用的是普通的筛选法。如今看看扩展实现，跟 PHP 原生实现的效率差异，这个差异固然，不只仅是动态类型和编译类型的差异，还有语言效率的差异。

首先是用纯 PHP 写成的算法，计算 1000 万之内的素数个数，耗时在 33s 上下，实验了三次，获得的结果基本相同。

其次，咱们将这个求素数个数的过程，编写成了 PHP 扩展，在扩展中实现了 get_prime_numbers 函数，输入一个整数，返回小于该整数的素数。获得的结果以下，这个效率的提高是很是惊人的，在 1.4s 上下即返回。速度提高 20 倍以上。

能够想见，静态和编译类型的语言，其效率获得了惊人的提高。本程序的 C 语言代码以下：

PHP_FUNCTION(get_prime_numbers)
{
    long value;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "l", &value) == FAILURE) {
            return;
    }
     int *numbers = (int *)malloc(sizeof(int)*128*10000);
     memset(numbers, 0x0, 128*10000);
    int num = 2;
        numbers[0] = 2;
        numbers[1] = 3;
        bool flag = true;
        double f = 0;
        int i = 0;
        int j = 0;
        for(i=5; i<=value; i+=2)
        {
            flag = true;
            f = sqrt(i);
            for(j=0; j<num;j++)
            {
                if(i%numbers[j]==0)
                {
                    flag = false;
                    break;
                }
                if(numbers[j]>f)
                {
                    break;
                }
            }
            if(flag)
            { 
                numbers[num] = i;
                num++;
            }
        }
        free(numbers);
        RETURN_LONG(num);
}

##3、PHP 语言自己底层性能引擎提高

第三个性能优化层面是语言自己的性能提高，这个就不是咱们普通开发者所能作的了。在 PHP 7之前，寄但愿于小版本的改进，可是改进幅度不是很是的显著，好比 PHP 5.3 、PHP 5.四、PHP 5.五、PHP 5.5 对同一段代码的性能比较，有必定程度的进步。

PHP 5.3 的版本在上面的例子中已讲过，须要 33s 左右的时间，咱们如今来看别的PHP版本。分别运行以下：

PHP 5.4 版，相较 5.3 版已经有必定程度的提高。快 6 秒左右。

PHP 5.5 版在 PHP 5.4的基础上又进了一步，快了 6S。

PHP5.6 反而有些退步。

PHP 7 果然是效率提高惊人，是 PHP5.3 的 3 倍以上。

以上是求素数脚本在各个 PHP 版本之间的运行速度区别，尽管只测试了这一个程序，也不是特别的严谨，可是这是在同一台机器上，并且编译 configure 参数也基本同样，仍是有必定可比性的。

在宏观层面，除了上面的这些以外，在实际的部署过程当中，对 PHP 性能的优化，还体现为要减小在运行中所消耗的资源。因此 FastCGI 模式和 mod_php 的模式比传统的 CGI 模式也更为受欢迎。由于在传统的 CGI 模式中，在每一次脚本运行都须要加载全部的模块。而在程序运行完成了以后，也要释放模块资源。以下图所示：

而在 FastCGI 和 mod_php 模式中，则不须要如此。只有 php-fpm 或者 Apache 启动的时候，须要加载一次全部的模块，在具体的某次运行过程当中，并不须要再次加载和释放相关的模块资源。

这样程序性能的效率获得了提高。以上就是有关 PHP 宏观层面的性能优化的分析，在本文的第二部分咱们将探讨应用方面的 PHP 优化准则。敬请期待！

本文系 OneAPM 工程师编译整理。OneAPM 是应用性能管理领域的新兴领军企业，能帮助企业用户和开发者轻松实现：缓慢的程序代码和 SQL 语句的实时抓取。想阅读更多技术文章，请访问 OneAPM 官方博客。