大話PHP之效能

發表於2011-11-29

1 緣起

關於PHP，很多人的直觀感覺是PHP是一種靈活的指令碼語言，庫類豐富，使用簡單，安全，非常適合WEB開發，但效能低下。PHP的效能是否真的就如同大家的感覺一樣的差呢？本文就是圍繞這麼一個話題來進行探討的。從原始碼、應用場景、基準效能、對比分析等幾個方面深入分析PHP之效能問題，並通過真實的資料來說話。

2 從原理分析PHP效能

從原理分析PHP的效能，主要從以下幾個方面：記憶體管理、變數、函式、執行機制來進行分析。

2.1記憶體管理

類似Nginx的記憶體管理方式，PHP在內部也是基於記憶體池，並且引入記憶體池的生命週期概念。在記憶體池方面，PHP對PHP指令碼和擴充套件的所有記憶體相關操作都進行了託管。對大記憶體和小記憶體的管理採用了不同的實現方式和優化，具體可以參考以下文件：https://wiki.php.net/internals/zend_mm。在記憶體分配和回收的生命週期內，PHP採用一次初始化申請+動態擴容+記憶體標識回收機制，並且在每次請求結束後直接對記憶體池進行重新mask。

2.2變數

總所周知，PHP是一種弱變數型別的語言，所以在PHP內部，所有的PHP變數都對應成一種型別Zval，其中具體定義如下：

圖一、PHP變數

在變數方面，PHP做了大量的優化工作，比如說Reference counting和copy on writer機制。這樣能夠保證記憶體使用上的優化，並且減少記憶體拷貝次數（請參考http://blog.xiuwz.com/2011/11/09 /php-using-internal-zval/）。在陣列方面，PHP內部採用高效的hashtable來實現。

2.3函式

在PHP內部，所有的PHP函式都回轉化成內部的一個函式指標。比如說擴充套件中函式

ZEND_FUNCTION ( my_function );//類似function my_function(){}

1	ZEND_FUNCTION ( my_function );//類似function my_function(){}

在內部展開後就會是一個函式

void zif_my_function ( INTERNAL_FUNCTION_PARAMETERS );
void zif_my_function(
int ht,
zval * return_value,
zval * this_ptr,
int return_value_used,
zend_executor_globals * executor_globals
);

void zif_my_function ( INTERNAL_FUNCTION_PARAMETERS );

void zif_my_function(

int ht,

zval * return_value,

zval * this_ptr,

int return_value_used,

zend_executor_globals * executor_globals

);

從這個角度來看，PHP函式在內部也是對應一個函式指標。

2.4執行機制

在話說PHP效能的時候，很多人都會說“C/C++是編譯型，JAVA是半編譯型，PHP是解釋型”。也就是說PHP是先動態解析再程式碼執行的，所以從這個角度來看，PHP效能必然很差。

的確，從PHP指令碼執行來輸出，的確是一個動態解析再程式碼執行的過程。具體來說，PHP指令碼的執行機制如下圖所示：

圖二、PHP執行機制

PHP的執行階段也分成三個階段：

●Parse。語法分析階段。

● Compile。編譯產出opcode中間碼。

● Execute。執行，動態執行進行輸出。

所以說，在PHP內部，本身也是存在編譯的過程。並且據此產生了大量的opcode cache工具，比如說apc、eacc、xcache等等。這些opcode cache在生產環境基本上在標配。基於opcode cache，能到做到“PHP指令碼編譯一次，多次執行”的效果。從這點上，PHP就和JAVA的半編譯機制非常類似。

所以，從執行機制上來看，PHP的執行模式和JAVA是非常類似的，都是先產生中間碼，然後執行在不同虛擬機器上。

2.5動態執行

從上面的幾個分析來看，PHP在記憶體管理、變數、函式、執行機制等幾個方面都做了大量的工作，所以從原理來看，PHP不應該存在效能問題，效能至少也應該和JAVA比較接近。

這個時候就不得不談PHP動態語言的特性所帶來的效能問題了，由於PHP是動態執行時，所以所有的變數、函式、物件呼叫、作用域實現等等都是在執行階段中才確定的。這個從根本上決定了PHP效能中很難改變的一些東西：在C/C++等能夠在靜態編譯階段確定的變數、函式，在PHP中需要在動態執行中確定，也就決定了PHP中間碼不能直接執行而需要執行在Zend Engine上。

說到PHP變數的具體實現，又不得不說一個東西了：hashtable。Hashtable可以說在PHP靈魂之一，在PHP內部廣泛用到，包含變數符號棧、函式符號棧等等都是基於hashtable的。

以PHP變數為例來說明下PHP的動態執行特點，比如說程式碼：

<?php
$var = “hello, blog.xiuwz.com”;
?>

<?php

$var = “hello, blog.xiuwz.com”;

該程式碼的執行結果就是在變數符號棧（是一個hashtable）中新增一個項

當要使用到該變數時候，就去變數符合棧中去查詢（也就是變數呼叫對出了一個hash查詢的過程）。

同樣對於函式呼叫也基本上類似有一個函式符號棧（hashtable）。

其實關於動態執行的變數查詢特點，在PHP的執行機制中也能看出一些。PHP程式碼通過解釋、編譯後的流程下圖：

圖3、PHP執行例項

從上圖可以看出，PHP程式碼在compile之後，產出的了類符號表、函式符號表、和OPCODE。在真正執行的時候，zend Engine會根據op code去對應的符號表中進行查詢，處理。

從某種程度上，在這種問題的上，很難找到解決方案。因為這是由於PHP語言的動態特性所決定的。但是在國內外也有不少的人在尋找解決方案。因為通過這樣，能夠從根本上完全的優化PHP。典型的列子有facebook的hiphop(https://github.com/facebook/hiphop-php)。

2.6結論

從上面分析來看，在基礎的記憶體管理、變數、函式、執行機制方面，PHP本身並不會存在明顯的效能差異，但由於PHP的動態執行特性，決定了PHP和其他的編譯型語言相比，所有的變數查詢、函式執行等等都會多一些hash查詢的CPU開銷和額外的記憶體開銷，至於這種開銷具體有多大，可以通過後續的基準效能和對比分析得出。

因此，也可以大體看出PHP不太適合的一些場景：大量計算性任務、大資料量的運算、記憶體要求很嚴格的應用場景。如果要實現這些功能，也建議通過擴充套件的方式實現，然後再提供鉤子函式給PHP呼叫。這樣可以減低內部計算的變數、函式等系列開銷。

3基準效能

對於PHP基準效能，目前缺少標準的資料。大多數同學都存在感性的認識，有人認為800QPS就是PHP的極限了。此外，對於框架的效能和框架對效能的影響很沒有響應的權威數字。

本章節的目的是給出一個基準的參考效能指標，通過資料給大家一個直觀的瞭解。

具體的基準效能有以下幾個方面：

1、裸PHP效能。完成基本的功能。

2、裸框架的效能。只做最簡單的路由分發，只走通核心功能。

3、標準模組的基準效能。所謂標準模組的基準效能，是指一個具有完整服務模組功能的基準效能。

3.1環境說明

測試環境：

Uname -a

Linux db-forum-test17.db01.baidu.com 2.6.9_5-7-0-0 #1 SMP Wed Aug 12 17:35:51 CST 2009 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

Red Hat Enterprise Linux AS release 4 (Nahant Update 3)

8 Intel(R) Xeon(R) CPU E5520 @ 2.27GHz

軟體相關：

Nginx：

nginx version: nginx/0.8.54 built by gcc 3.4.5 20051201 (Red Hat 3.4.5-2)

Php5：（採用php-fpm）

PHP 5.2.8 (cli) (built: Mar 6 2011 17:16:18)

bingo2：

PHP框架。

其他說明：

目標機器的部署方式：指令碼。

測試壓力機器和目標機器獨立部署。

3.2裸PHP效能

最簡單的PHP指令碼。

<?php
require_once ‘./actions/indexAction.php’;
$objAction = new indexAction();
$objAction->init();
$objAction->execute();
?>
Acitons/indexAction.php裡面的程式碼如下
<?php
class indexAction
{
public function execute()
{
echo ‘hello, world!’;
}
}
?>

<?php

require_once ‘./actions/indexAction.php’;

$objAction = new indexAction();

$objAction->init();

$objAction->execute();

Acitons/indexAction.php裡面的程式碼如下

<?php

class indexAction

{

public function execute()

{

echo ‘hello, world!’;

}

通過壓力工具測試結果如下：

3.3裸PHP框架效能

為了和3.2的對比，基於bingo2框架實現了類似的功能。程式碼如下

<?php
require_once ‘Bingo/Controller/Front.php’;
$objFrontController = Bingo_Controller_Front::getInstance(array(
‘actionDir’ => ‘./actions’,
));
$objFrontController->dispatch();
?>

<?php

require_once ‘Bingo/Controller/Front.php’;

$objFrontController = Bingo_Controller_Front::getInstance(array(

‘actionDir’ => ‘./actions’,

));

$objFrontController->dispatch();

壓力測試結果如下：