如何让PHP性能问题不再饱受诟病

摘要：作为开发中应用最广泛的开源脚本语言，凭借库类丰富，使用简单，安全等特点，成为和等互联网巨头和全球超过网站的主要开发语言，然而性能问题是一直以来饱受诟病的，来自开发组的高驰涛同学将为我们带来他对性能优化方面的思考和建议。

PHP作为Web开发中应用最广泛的开源脚本语言，凭借库类丰富，使用简单，安全等特点，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开发组的高驰涛同学将为我们带来他对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的作者，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做过的努力，以及我们的一些研究成果。
谈起PHP，我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，那时候只是被当作制作个人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广泛应用的高级语言，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。而且，每天有416个新增PHP网站进入全球前1000万排名，数量还在不断增加。发展到今天，PHP经历了4,5,7几个非常重大的版本迭代，最新的release版本是7.0.6。在二十多年的发展过程中，应用最广泛的PHP版本是PHP 5，同时也是目前全球互联网上应用最为广泛的一个语言版本。

为什么没有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，但由于各项改动不足以支撑一个全新的PHP分支，组织内投票没有通过发布，而最终作为了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做了非常大的提升。为什么这么说呢，要从PHP的业务模型说起。

1、PHP Transaction Module业务模型
下面我先带大家过一下PHP5几个重大版本改动中的性能优化点，下面这张图是PHP整个运行过程中的几个关键点。

在PHP运行过程中，在Script Entry接收到请求之后。
首先经过语法解析器（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）；
其次经过编译器（Compiler），这部分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；

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

从这里可以看出，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，后续的优化过程中就可以进行针对性优化，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的同学都知道，PHP通常被认为是简单、低效，这并不是没有道理。我们来看一段PHP源码，从而向大家解释为什么“简单”，为什么“低效”。

这段结构是PHP5及以前版本中所有变量和方法执行的核心，这是通用的变量存储结构。可以看到，同一个变量能够同时有多个属性，或long，或double，或char，或int，或array，或Object。这给工程师以充分的自由度，同样的一个数字，或字符串，不需要预设类型，就可以直接生成并使用。这就是为什么“简单”，这是对工程师来说的。

而同时丢给Zend引擎（解析执行引擎）的，有着大量的负担，因为需要引擎在每一次使用或运算时，都要不停的判断类型究竟是什么类型属性。这就是为什么“低效”的一个最直接原因。

2、PHP Performance Difficulty 性能之坑
对于一个使用PHP开发的应用来说，经过大量的实践，可以总结出4个最影响性能的点：

IO, Memory, CPU, NetWork，是不是非常眼熟？没错，这其实并不单单是PHP语言的性能瓶颈，任何一门语言，或者就目前我们所处的世界中，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。

3、Optimize from PHP5 to PHP7 优化之旅
下面就为大家介绍一下PHP5围绕以上4个点所做的一些性能优化。在聊具体的性能优化方法之前，我们可以抛开之前的知识储备，打开脑洞，发散思维，思考应该如何入手。每个人的想法完全不一样，我的想法是这样的：

会不会是PHP本身的运行模型（或业务模型）或者Zend引擎设计存在问题？
有没有可能将PHP语言在发布运行之前进行预编译，把它转变成Bytecode？
有没有可能通过一种解析器把PHP转变成C或C++语言，然后进行make或build？
能不能开发另一套解析运行引擎？
会不会出现另一套完全不一样的运行模型（或业务模型）？
等等。

这些想法在PHP社区内屡见不鲜，并不仅仅是我一个人在这么想，非常多PHP资深专家也在思考，而且在各个方向上都有一些开源的工具或服务发布了。由于PHP5有非常多版本，这里我们仅就应用最广的PHP5.4和PHP5.5-5.6版本来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非常大量的内存，因为多数情况数组在直接引用上并不进行运算，从而并不进行内存建立与分配工作。另外，PHP5.4在运行时中添加了Literal Table和Binding Cache操作，这两个改动相对上面延后分配内存是更复杂一些的，它在运行过程中节省了大量的CPU运算。

PHP5.5及5.6放在一起来说，因为它们真的很像，而且在目前PHP5整个大分支的维护过程中，一般是在PHP5.5上进行，然后把相关修改向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。前面我们了解了PHP的运行过程中会存在“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就是做这个工作的。OpCache从此进入了PHP的内核，而不再是一个第三方扩展。

同时Zend引擎还有同样一个Cache优化扩展版本产生，即Zend O+，可以认为是Zend的Plus版本，在内存和CPU上，都做了一些改进。

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一样，这又是一个伤筋动骨的改动。官方数据中PHP7较PHP5.6有近两倍的性能提升，主要就集中在这两个点上。
看一下PHP源码：

在一个Zval结构中，一个变量仍然可以属于各种类型的，但在使用的时候，可以快速判断是哪种类型，因为不同的类型会存储在不同的指针中；而且内存使用也由于不同的指针类型而大量地降低；由于内存使用大量降低，从而为CPU更快地寻址和操作带来了更好的可能性。所以有了Zval的结构变动带来35%性能提升的结论。

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，数组的结构变动，给PHP7带来了接近50%的性能提升。
4、PHP Performance Tools 工具推荐

前面在我们发散思维时列举了很多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，给大家推荐一些：
Facebook发布的HHVM：

HHVM (HipHop Virtual Machine)类似于C#的CLR和Java的JVM，会将PHP代码转换成高级别的字节码（通常称为中间语言），然后在运行时通过即时（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中经常使用的工具和软件服务：


此类开发工具和服务很多，可以为开发者和运维同学节省大量的定位和解决问题时间。
以我开发的SeasLog为例，由于使用内存buffer/批量IO，替代直接IO，可以直接为服务的QPS能力提升带来强劲动力，下图是SeasLog和log4php的性能对比：

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