如何让PHP性能问题再也不饱受诟病

PHP做为Web开发中应用最普遍的开源脚本语言，凭借库类丰富，使用简单，安全等特色，成为Facebook和BAT等互联网巨头和全球超过70%网站的主要开发语言，然而性能问题是PHP一直以来饱受诟病的，来自PHP/PECL开发组的高驰涛同窗将为咱们带来他对PHP性能优化方面的思考和建议。

本期主讲：高驰涛，Neeke Gao，PHP/PECL开发组成员，同时是SeasLog，JsonNet-PHP的做者，目前在云智慧担任架构师。
今天主要从PHP的发展和性能优化历史，来谈PHP语言在性能优化方面所作过的努力，以及咱们的一些研究成果。
谈起PHP，咱们先来了解几个数字：

1995年， PHP发布了第一个版本，这要感谢PHP之父Rasmus Lerdorf的辛苦努力。PHP在问世之初是Personal Home Page的缩写，那时候只是被看成制做我的网页的一门简单语言；后来随着互联网的发展以及开源社区的贡献，PHP逐步成长成为一门被普遍应用的高级语言，其英文含义也进化为PHP: Hypertext Preprocessor，即超级文本预处理语言。

官方统计数字显示，全球排名前1000万的网站应用中，有81.9%是使用PHP语言开发的。并且，天天有416个新增PHP网站进入全球前1000万排名，数量还在不断增长。发展到今天，PHP经历了4,5,7几个很是重大的版本迭代，最新的release版本是7.0.6。在二十多年的发展过程当中，应用最普遍的PHP版本是PHP 5，同时也是目前全球互联网上应用最为普遍的一个语言版本。

为何没有PHP6，而是直接从PHP5到PHP7，这里面有一个小故事。目前的PHP5.6，其实就是原预计发布的PHP6，但因为各项改动不足以支撑一个全新的PHP分支，组织内投票没有经过发布，而最终做为了PHP5.6进行发布。

PHP7又称为PHP NG，即“PHP Next Generation(下一代PHP)”，在性能和稳定性方面作了很是大的提高。为何这么说呢，要从PHP的业务模型提及。

一、PHP Transaction Module业务模型
下面我先带你们过一下PHP5几个重大版本改动中的性能优化点，下面这张图是PHP整个运行过程当中的几个关键点。

在PHP运行过程当中，在Script Entry接收到请求以后。
首先通过语法解析器（Parser），此时会抛出一些致命的语法错误或警告（后续的版本改动中，会有一些致命错误转换为exception抛出）；
其次通过编译器（Compiler），这部份内容中会进行更高级的解析，并测试将PHP高级语言编译成OpCode；

而后交给Execute进行执行；执行过程当中发现有新的文件或类被引入，会再进行Compiler，往复执行。

从这里能够看出，其实PHP也是“编译型”语言，只不过是每次请求都编译，或称动态编译。那么，后续的优化过程当中就能够进行针对性优化，即：将编译后的内容缓存起来，直接执行，以节省编译时间。

了解一点PHP的同窗都知道，PHP一般被认为是简单、低效，这并非没有道理。咱们来看一段PHP源码，从而向你们解释为何“简单”，为何“低效”。

这段结构是PHP5及之前版本中全部变量和方法执行的核心，这是通用的变量存储结构。能够看到，同一个变量可以同时有多个属性，或long，或double，或char，或int，或array，或Object。这给工程师以充分的自由度，一样的一个数字，或字符串，不须要预设类型，就能够直接生成并使用。这就是为何“简单”，这是对工程师来讲的。

而同时丢给Zend引擎（解析执行引擎）的，有着大量的负担，由于须要引擎在每一次使用或运算时，都要不停的判断类型到底是什么类型属性。这就是为何“低效”的一个最直接缘由。

二、PHP Performance Difficulty 性能之坑
对于一个使用PHP开发的应用来讲，通过大量的实践，能够总结出4个最影响性能的点：

IO, Memory, CPU, NetWork，是否是很是眼熟？没错，这其实并不仅仅是PHP语言的性能瓶颈，任何一门语言，或者就目前咱们所处的世界中，凡是使用计算机语言开发的服务或应用，都存在这4个瓶颈。

三、Optimize from PHP5 to PHP7 优化之旅
下面就为你们介绍一下PHP5围绕以上4个点所作的一些性能优化。在聊具体的性能优化方法以前，咱们能够抛开以前的知识储备，打开脑洞，发散思惟，思考应该如何入手。每一个人的想法彻底不同，个人想法是这样的：

会不会是PHP自己的运行模型（或业务模型）或者Zend引擎设计存在问题？
有没有可能将PHP语言在发布运行以前进行预编译，把它转变成Bytecode？
有没有可能经过一种解析器把PHP转变成C或C++语言，而后进行make或build？
能不能开发另外一套解析运行引擎？
会不会出现另外一套彻底不同的运行模型（或业务模型）？
等等。

这些想法在PHP社区内家常便饭，并不只仅是我一我的在这么想，很是多PHP资深专家也在思考，并且在各个方向上都有一些开源的工具或服务发布了。因为PHP5有很是多版本，这里咱们仅就应用最广的PHP5.4和PHP5.5-5.6版原本简要说明性能优化的几个点。

PHP5.4 最主要的性能改进是在数组的生成和应用上面，一个简单的延后分配节省了很是大量的内存，由于多数状况数组在直接引用上并不进行运算，从而并不进行内存创建与分配工做。另外，PHP5.4在运行时中添加了Literal Table和Binding Cache操做，这两个改动相对上面延后分配内存是更复杂一些的，它在运行过程当中节省了大量的CPU运算。

PHP5.5及5.6放在一块儿来讲，由于它们真的很像，并且在目前PHP5整个大分支的维护过程当中，通常是在PHP5.5上进行，而后把相关修改向5.6同步。5.5和5.6最重要的一个性能改进，是使用了编译Cache。前面咱们了解了PHP的运行过程当中会存在“编译->OpCode->执行”的过程，而将编译结果缓存起来是一个重要的性能优化点，OpCache就是作这个工做的。OpCache今后进入了PHP的内核，而再也不是一个第三方扩展。

同时Zend引擎还有一样一个Cache优化扩展版本产生，即Zend O+，能够认为是Zend的Plus版本，在内存和CPU上，都作了一些改进。

最后来看看PHP7的几个优化点：PHP7直接修改了Zend Zval结构，这算得上是一个很大改动。同时在PHP7中，数组的结构也变得更加的不同，这又是一个伤筋动骨的改动。官方数据中PHP7较PHP5.6有近两倍的性能提高，主要就集中在这两个点上。
看一下PHP源码：

在一个Zval结构中，一个变量仍然能够属于各类类型的，但在使用的时候，能够快速判断是哪一种类型，由于不一样的类型会存储在不一样的指针中；并且内存使用也因为不一样的指针类型而大量地下降；因为内存使用大量下降，从而为CPU更快地寻址和操做带来了更好的可能性。因此有了Zval的结构变更带来35%性能提高的结论。

同一个数组，在PHP5中的内存使用是跳跃不连贯的，而在PHP7中是连续有序的，这使得内存使用和CPU使用都更加地高效，数组的结构变更，给PHP7带来了接近50%的性能提高。
四、PHP Performance Tools 工具推荐

前面在咱们发散思惟时列举了不少PHP性能优化的点，几个开源社区中已经发布过针对这些的优化工具，给你们推荐一些：
Facebook发布的HHVM：

HHVM (HipHop Virtual Machine)相似于C#的CLR和Java的JVM，会将PHP代码转换成高级别的字节码（一般称为中间语言），而后在运行时经过即时（JIT）编译器将这些字节码转换为x64的机器码。
下面是一些在开发调试过程当中常用的工具和软件服务：


此类开发工具和服务不少，能够为开发者和运维同窗节省大量的定位和解决问题时间。
以我开发的SeasLog为例，因为使用内存buffer/批量IO，替代直接IO，能够直接为服务的QPS能力提高带来强劲动力，下图是SeasLog和log4php的性能对比：
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