如何让PHP性能问题不再饱受诟病

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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