PHP 效能分析（三）: 效能調優實戰

在本系列的 第一篇 中，我們介紹了 XHProf 。而在 第二篇 中，我們深入研究了 XHGui UI， 現在最後一篇，讓我們把 XHProf /XHGui 的知識用到工作中！

效能調優

不用執行的程式碼才是絕好的程式碼。其他只是好的程式碼。所以，效能調優時，最好的選擇是首先確保執行儘可能少的程式碼。

OpCode 快取

首先，最快且最簡單的選擇是啟用 OpCode 快取。OpCode 快取的更多資訊可以在 這裡 找到。

在上圖，我們看到啟用 Zend OpCache 後發生的情況。最後一行是我們的基準，也即沒有啟用快取的情況。

在中間行，我們看到較小的效能提升，以及記憶體使用量的大幅減少。小的效能提升(很可能)來自 Zend OpCache 優化，而非 OpCode 快取。

第一行是優化和 OpCode 快取後結果，我們看到很大的效能提升。

現在，我們看看 APC 之前和之後的變化。如上圖所示，跟 Zend OpCache 相比，隨著快取的建立，我們看到初始(中間行)請求的效能下降，在消耗時長與記憶體使用量方面的表現都明顯下降。

接著，隨之 opcode 快取的建立，我們看到類似的效能提升。

內容快取

第二件我們能做的事是快取內容——這對 WordPress 而言小菜一碟。它提供了許多安裝簡便的外掛來實現內容快取，包括 WP Super Cache。WP Super Cache 會建立網站的靜態版本。該版本會在出現諸如評論事件時依照網站設定自動過期。(例如，在非常高負載情況下，您可能會想禁止任何原因造成的快取過期)。

內容快取只能在幾乎沒有寫操作時有效執行，寫操作會使快取失效，而讀操作不會。

你也應該快取應用從第三方 API 處收到的內容，從而減少由於 API 可用性導致的延遲與依賴。   WordPress 有兩個快取外掛，可以大大提高網站的效能： W3 Total Cache 和 WP Super Cache。

這兩個外掛都會建立網站的靜態 HTML 副本，而不是每次收到請求時再生成頁面，從而壓縮響應時間。

如果你正在開發自己的應用程式，大多數框架都有快取模組: 

• Zend Framework 2:Zend\Cache
• Symfony 2:Multiple options
• Laravel 4:Laravel Cache
• ThinkPHP 3.2.3:ThinkPHP  Cache

查詢快取

另一個快取選項是查詢快取。針對 MySQL，有一個通用的查詢快取幫助極大。對於其他資料庫，將查詢結果集快取在 Memcached 或者 cassandra 這樣的記憶體快取，也非常有效。

跟內容快取一樣，查詢快取在包含大量讀取操作的場景是最有效的。由於少量的資料改動就會使大塊的快取區無效，尤其不能在這種情況下依賴 MySQL 查詢快取來提高效能。

查詢快取或許在生成內容快取時對效能有提升。

如下圖所示，當我們開啟查詢快取後，實際執行時間減少了 40% ，儘管記憶體使用量沒有明顯改變。

現有三種型別的快取選項，由 query_cache_type 控制設定。

• 設定值為 0 或 OFF 將禁用快取
• 設定值為 1 或 ON 將快取除了以 SELECT SQL_NO_CACHE 開頭之外的所有選擇
• 設定值為 2 或 DEMAND 只會快取以 SELECT SQL_CACHE 開頭的選擇

此外，你應該將 query_cache_size 設定為非零值。將它設定為零將禁用快取，不管query_cache_type 是否設定。

想得到設定快取的幫助，與許多其他效能相關的設定，請檢視 mysql-tuning-primer 指令碼。

MySQL 查詢快取的主要問題是，它是全域性的。對快取結果集構成的表格的任何更改都將導致快取失效。在寫入操作頻繁的應用程式中，這將使快取幾乎無效。

然而，你還有許多其他選擇，可以根據你的需求和資料集建立更多的智慧快取，例如 Memcached ， riak ， cassandra 或 redis

查詢優化

如前所述，資料庫查詢常常是程式執行緩慢的原因，查詢優化往往能比程式碼優化帶來更多切身的好處。

查詢優化有助於生成內容快取時提高效能，而且，在無法快取這種最壞的情況下也有益處。

除了分析， MySQL 還有一個幫助識別慢查詢的選擇——慢查詢日誌。慢查詢日誌會記錄所有耗時超過指定時間的查詢，以及不使用索引的查詢（後者為可選項）。

您可以在 my.cnf 中使用以下配置啟用日誌。

[mysqld]
log_slow_queries =/var/log/mysql/mysql-slow.log 
long_query_time =1
log-queries-not-using-indexes

任何查詢如果慢於 long_query_time (以秒為單位)，該查詢就會記錄到日誌檔案log_slow_queries 中。預設值是10秒，最低1秒。

此外， log-queries-not-using-indexes 選項可以將任何不使用索引的查詢捕獲到日誌中。

之後我們可以用與 MySQL 捆綁在一起的 mysqldumpslow 命令檢查日誌。

在 WordPress 安裝時使用這些選項 ，主頁載入完成並執行後得到如下資料: 

$ mysqldumpslow -g "wp_" /var/log/mysql/mysql-slow.log

Reading mysql slow query log from /var/log/mysql/mysql-slow.log
Count: 1  Time=0.00s (0s)  Lock=0.00s (0s)  Rows=358.0 (358), user[user]@[host]
  SELECT option_name, option_value FROM wp_options WHERE autoload = 'S'

Count: 1  Time=0.00s (0s)  Lock=0.00s (0s)  Rows=41.0 (41), user[user]@[host]
  SELECT user_id, meta_key, meta_value FROM wp_usermeta WHERE user_id IN (N)

首先，注意所有字串值都以 S 表示，數字則以 N 表示。你可以新增 -a 標誌來顯示這些值。 

接下來，請注意，這兩個查詢均耗時 0.00 s，這意味著他們的耗時在 1 秒的閾值以下，且沒有使用索引。

在 MySQL 控制檯 使用 EXPLAIN，可以檢查效能下降的原因:

mysql> EXPLAIN SELECT option_name, option_value FROM wp_options WHERE autoload = 'S'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: wp_options
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 433
        Extra: Using where

此處，我們看到 possible_keys 是 NULL，從而確認未使用索引。

EXPLAIN 是對優化 MySQL 查詢非常強大的工具，更多資訊可以在 這裡 找到。

PostgreSQL 同樣也包括一個 EXPLAIN (該 EXPLAIN 與 MySQL 的差別很大)，而 MongoDB 有$explain 元 操作符。

程式碼優化

通常只有當你不再受到 PHP 本身限制(通過使用 OpCode 快取)，快取了儘可能多的內容，優化了查詢之後，才可以開始調整程式碼。

程式碼和查詢優化帶來足夠的效能提升才能建立其他快取；程式碼在最糟糕的環境(沒有快取)下效能越高，應用就越穩定，重建快取的速度也就越快。

讓我們看看如何(潛在地)優化我們的 WordPress 安裝。

首先，讓我們看看最慢的函式: 

令我驚訝的是，列表中的第一項 不是 MySQL (事實上 mysql_query() 是第四)，而是apply_filter() 函式。

WordPress 程式碼庫的特點是，通過基於事件的過濾系統執行多種資料轉換，執行次序按照資料經核心、外掛新增或回撥的順序。

apply_filter() 函式是這些回撥應用的地方。

首先，你可能會注意到，函式被呼叫 4194 次。如果我們點選檢視更多細節，就可以按照“呼叫次數”降序排列“父函式”，從而發現 translate() 呼叫了apply_filter() 函式 778 次。

這很有趣，因為實際上我不使用任何翻譯。我(並懷疑大多數使用者)在使用 WordPress 軟體時都設定為本土語言：英語。

因此，讓我們點選檢視細節，進一步檢視該 translate() 函式在做什麼。

在這裡，我們看到兩間有趣的事。首先，在父函式中，有一個被呼叫了773次：__()。

檢視該函式的原始碼後，我們發現它是 translate() 的包裝器。

<?php
/**
 * Retrieves the translation of $text. If there is no translation, or
 * the domain isn't loaded, the original text is returned.
 *
 * @see translate() An alias of translate()
 * @since 2.1.0
 *
 * @param string $text Text to translate
 * @param string $domain Optional. Domain to retrieve the translated text
 * @return string Translated text
 */
function __( $text, $domain = 'default' ) {
    return translate( $text, $domain );
}
?>

根據經驗法則，函式呼叫代價昂貴，應該儘量避免。現在我們總是呼叫 __() 而不是translate() ，我們應該把別名改為 translate() 來保持向後相容性，而 __() 則不再呼叫非必要的函式。

然而，實際上，這種改變不會帶來多大的差異，只是微觀的優化罷了——但它的確提高了程式碼可讀性，簡化了呼叫圖。

繼續前進，讓我們看看子函式:

現在，深入該函式，我們看到有 3 個 函式或方法被呼叫，每個 778 次:

• get_translations_for_domain()
• NOOP_Translations::translate()
• apply_filters()

按照包容性實際執行時間降序排列，我們看到 apply_filter() 是目前為止耗時最長的呼叫。

檢視程式碼：

<?php
function translate( $text, $domain = 'default' ) {
    $translations = get_translations_for_domain( $domain );
    return apply_filters( 'gettext', $translations->translate( $text ), $text, $domain );
}
?>

這段程式碼的作用是檢索一個翻譯物件，然後將 $translations->translate() 的結果傳給apply_filter() 。我們發現 $translations 是 NOOP_Translations 類的一個例項。

僅根據名稱(NOOP)，再經程式碼中的註釋證實，我們發現翻譯器實際上沒有任何動作!

<?php
/**
 * Provides the same interface as Translations, but doesn't do anything
 */
class NOOP_Translations {
?>

因此，也許我們完全可以避免這種程式碼!

通過在程式碼上進行小規模除錯，我們看到當前使用的是預設的域，我們可以修改程式碼以忽略翻譯器:

<?php
function translate( $text, $domain = 'default' ) {
    if ($domain == 'default') {
        return apply_filters( 'gettext', $text, $text, $domain );
    }

    $translations = get_translations_for_domain( $domain );
    return apply_filters( 'gettext', $translations->translate( $text ), $text, $domain );
}
?>

接下來，我們再次分析，確保要執行至少兩次——確保所有快取都建立，才是公平的對比!

這次執行的確更快！但是，快多少？為什麼?

使用 XHGui 的比較執行這一特性就能找到答案。回到我們最初的執行，點選右上角的 “比較此處執行” 按鈕，並從列表中選擇新的執行。

我們發現，函式呼叫的次數減少了3% ，包容性實際執行時間減少 9% ，包容性CPU時間減少12%! 

之後，可以按呼叫次數降序排列細節頁，這證實（如同我們的預期）get_translations_for_domain() 和 NOOP_Translations::translate() 函式的呼叫次數減少。同樣，可以確認沒有預料之外的變化發生。

30 分鐘的工作帶來9 - 12% 的效能提升，這非常可喜。這就意味著真實世界的效能收益，即便是在應用了 opcache 之後。

現在我們可以對其函式重複這個過程，直到找不到更多優化點。

注意：此更改已提交到 WordPress.org 並已獲更新。你可以在 WordPress Bug Tracker跟蹤討論，檢視實踐過程。此更新計劃包含在 WordPress 4.1 版本中。

其他工具

除了出色的 XHProf/XHGui，還有一些很好的工具。

New Relic & OneAPM

New Relic 與 OneAPM  均提供前後端效能分析；洞察後臺堆疊訊息，包括 SQL 查詢與程式碼分析，前端 DOM 與 CSS 呈現，以及 Javascript 語句。OneAPM 更多功能請移步 (OneAPM 線上DEMO) 

uprofiler

uprofiler 是目前還未釋出的 Facebook XHProf 分支，該分支計劃刪除 Facebook 所需的 CLA。目前，兩者具備相同的特性，只有一些部分重新命名了。

XHProf.io

XHProf.io 是 XHProf 的另一種使用者介面。XHProf.io 在配置檔案儲存使用 MySQL ，使用者友好性方面不及 XHGui。

Xdebug

在 XHProf 出現之前，Xdebug 早已存在——Xdebug 是一種主動的效能分析器，這意味著它不應該用於生產環境，但可以深入瞭解程式碼。

然而，它必須與另一個工具配合使用以讀取分析器的輸出 ， 比如 KCachegrind。但是 KCachegrind 很難安裝在非 linux 機器上。另一個選擇是 Webgrind。

Webgrind 無法提供 KCachegrind 的那些特性，但它是一個 PHP Web 應用程式，在任何環境都易於安裝。

若搭配 KCachegrind ，你可以輕易探索並發現效能問題。(事實上，這是我最喜歡的剖析工具！)

結語

分析和效能調優是非常複雜的工程。有了對的工具，並理解如何善用這些工具，我們可以很大程度地提高程式碼質量——即使是對我們不熟悉的程式碼庫。

花時間去探索和學習這些工具是絕對值得的。