大话PHP之性能

wlyyb521

　　1 缘起
　　关于PHP，很多人的直观感觉是PHP是一种灵活的脚本语言，库类丰富，使用简单，安全，非常适合WEB开发，但性能低下。PHP的性能是否真的就   如同大家的感觉一样的差呢？本文就是围绕这么一个话题来进行探讨的。从源码、应用场景、基准性能、对比分析等几个方面深入分析PHP之性能问题，并通过真  实的数据来说话。
　　2 从原理分析PHP性能
　　从原理分析PHP的性能，主要从以下几个方面：内存管理、变量、函数、运行机制来进行分析。
　　2.1内存管理
　　类似Nginx的内存管理方式，PHP在内部也是基于内存池，并且引入内存池的生命周期概念。在内存池方面，PHP对PHP脚本和扩展的所有内存相关操作都进行了托管。对大内存和小内存的管理采用了不同的实现方式和优化，具体可以参考以下文档：https://wiki.php.net/internals/zend_mm。在内存分配和回收的生命周期内，PHP采用一次初始化申请+动态扩容+内存标识回收机制，并且在每次请求结束后直接对内存池进行重新mask。
　　2.2变量
　　总所周知，PHP是一种弱变量类型的语言，所以在PHP内部，所有的PHP变量都对应成一种类型Zval，其中具体定义如下：

　　图一、PHP变量
　　在变量方面，PHP做了大量的优化工作，比如说Reference counting和copy on  writer机制。这样能够保证内存使用上的优化，并且减少内存拷贝次数（请参考http://blog.xiuwz.com/2011/11/09  /php-using-internal-zval/）。在数组方面，PHP内部采用高效的hashtable来实现。
　　2.3函数
　　在PHP内部，所有的PHP函数都回转化成内部的一个函数指针。比如说扩展中函数

1	//类似function my_function(){}

　　在内部展开后就会是一个函数

1 2 3 4 5 6 7 8

void zif_my_function( zval * return_value, int return_value_used, );

　　从这个角度来看，PHP函数在内部也是对应一个函数指针。
　　2.4运行机制
　　在话说PHP性能的时候，很多人都会说“C/C++是编译型，JAVA是半编译型，PHP是解释型”。也就是说PHP是先动态解析再代码运行的，所以从这个角度来看，PHP性能必然很差。
　　的确，从PHP脚本运行来输出，的确是一个动态解析再代码运行的过程。具体来说，PHP脚本的运行机制如下图所示：

　　图二、PHP运行机制
　　PHP的运行阶段也分成三个阶段：
　　●Parse。语法分析阶段。
　　● Compile。编译产出opcode中间码。
　　● Execute。运行，动态运行进行输出。
　　所以说，在PHP内部，本身也是存在编译的过程。并且据此产生了大量的opcode  cache工具，比如说apc、eacc、xcache等等。这些opcode cache在生产环境基本上在标配。基于opcode  cache，能到做到“PHP脚本编译一次，多次运行”的效果。从这点上，PHP就和JAVA的半编译机制非常类似。
　　所以，从运行机制上来看，PHP的运行模式和JAVA是非常类似的，都是先产生中间码，然后运行在不同虚拟机上。
　　2.5动态运行
　　从上面的几个分析来看，PHP在内存管理、变量、函数、运行机制等几个方面都做了大量的工作，所以从原理来看，PHP不应该存在性能问题，性能至少也应该和JAVA比较接近。
　　这个时候就不得不谈PHP动态语言的特性所带来的性能问题了，由于PHP是动态运行时，所以所有的变量、函数、对象调用、作用域实现等等都是在执行   阶段中才确定的。这个从根本上决定了PHP性能中很难改变的一些东西：在C/C++等能够在静态编译阶段确定的变量、函数，在PHP中需要在动态运行中确  定，也就决定了PHP中间码不能直接运行而需要运行在Zend Engine上。
　　说到PHP变量的具体实现，又不得不说一个东西了：hashtable。Hashtable可以说在PHP灵魂之一，在PHP内部广泛用到，包含变量符号栈、函数符号栈等等都是基于hashtable的。
　　以PHP变量为例来说明下PHP的动态运行特点，比如说代码：

1 2 3

$var ?>

　　该代码的执行结果就是在变量符号栈（是一个hashtable）中新增一个项

　　当要使用到该变量时候，就去变量符合栈中去查找（也就是变量调用对出了一个hash查找的过程）。
　　同样对于函数调用也基本上类似有一个函数符号栈（hashtable）。
　　其实关于动态运行的变量查找特点，在PHP的运行机制中也能看出一些。PHP代码通过解释、编译后的流程下图：

　　图3、PHP运行实例
　　从上图可以看出，PHP代码在compile之后，产出的了类符号表、函数符号表、和OPCODE。在真正执行的时候，zend Engine会根据op code去对应的符号表中进行查找，处理。
　　从某种程度上，在这种问题的上，很难找到解决方案。因为这是由于PHP语言的动态特性所决定的。但是在国内外也有不少的人在寻找解决方案。因为通过这样，能够从根本上完全的优化PHP。典型的列子有facebook的hiphop(https://github.com/facebook/hiphop-php)。
　　2.6结论
　　从上面分析来看，在基础的内存管理、变量、函数、运行机制方面，PHP本身并不会存在明显的性能差异，但由于PHP的动态运行特性，决定了PHP和   其他的编译型语言相比，所有的变量查找、函数运行等等都会多一些hash查找的CPU开销和额外的内存开销，至于这种开销具体有多大，可以通过后续的基准  性能和对比分析得出。
　　因此，也可以大体看出PHP不太适合的一些场景：大量计算性任务、大数据量的运算、内存要求很严格的应用场景。如果要实现这些功能，也建议通过扩展的方式实现，然后再提供钩子函数给PHP调用。这样可以减低内部计算的变量、函数等系列开销。
　　3基准性能
　　对于PHP基准性能，目前缺少标准的数据。大多数同学都存在感性的认识，有人认为800QPS就是PHP的极限了。此外，对于框架的性能和框架对性能的影响很没有响应的权威数字。
　　本章节的目的是给出一个基准的参考性能指标，通过数据给大家一个直观的了解。
　　具体的基准性能有以下几个方面：
　　1、  裸PHP性能。完成基本的功能。
　　2、  裸框架的性能。只做最简单的路由分发，只走通核心功能。
　　3、  标准模块的基准性能。所谓标准模块的基准性能，是指一个具有完整服务模块功能的基准性能。
　　3.1环境说明
　　测试环境：
　　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
　　软件相关：
　　Nginx：
　　nginx version: nginx/0.8.54  built by gcc 3.4.5 20051201 (Red Hat 3.4.5-2)
　　Php5：（采用php-fpm）
　　PHP 5.2.8 (cli) (built: Mar  6 2011 17:16:18)
　　Copyright (c) 1997-2008 The PHP Group
　　Zend Engine v2.2.0, Copyright (c) 1998-2008 Zend Technologies
　　with eAccelerator v0.9.5.3, Copyright (c) 2004-2006 eAccelerator, by eAccelerator
　　bingo2：
　　PHP框架。
　　其他说明：
　　目标机器的部署方式： 脚本。
　　测试压力机器和目标机器独立部署。
　　3.2裸PHP性能
　　最简单的PHP脚本。
　　

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

require_once $objAction new $objAction$objAction?> <?php indexAction public execute() echo } ?>

　　
　　通过压力工具测试结果如下：

　　3.3裸PHP框架性能
　　为了和3.2的对比，基于bingo2框架实现了类似的功能。代码如下
　　

1 2 3 4 5 6 7

require_once $objFrontController array‘actionDir’ => ‘./actions’, $objFrontController?>

　　
　　压力测试结果如下：

　　从该测试结果可以看出：框架虽然有一定的消耗，但对整体的性能来说影响是非常小的。
　　3.4标准PHP模块的基准性能
　　所谓标准PHP模块，是指一个PHP模块所必须要具体的基本功能：
　　路由分发。
　　自动加载。
　　LOG初始化&Notice日志打印。所以的UI请求都一条标准的日志。
　　●错误处理。
　　●时间校正。
　　●自动计算每个阶段耗时开销。
　　●编码识别&编码转化。
　　●标准配置文件的解析和调用
　　●采用bingo2的代码自动生成工具产生标准的测试PHP模块：test。
　　测试结果如下：

　　3.5结论
　　从测试数据的结论来看，PHP本身的性能还是可以的。基准性能完全能够达到几千甚至上W的QPS。至于为什么在大多数的PHP模块中表现不佳，其实   这个时候更应该去找出系统的瓶颈点，而是简单的说OK，PHP不行，那我们换C来搞吧。（下一个章节，会通过一些例子来对比，采用C来处理不见得有特别的  优势）
　　通过基准数据，可以得出以下几个具体的结论：
　　1、    PHP本身性能也很不错。简单功能下能够达到5000QPS，极限也能过W。
　　2、    PHP框架本身对性能影响非常有限。尤其是在有一定业务逻辑和数据交互的情况下，几乎可以忽略。
　　3、    一个标准的PHP模块，基准性能能够达到2000QPS（80 cpu idle）。
　　4对比分析
　　很多时候，大家发现PHP模块性能不行的时候，就来一句“ok，我们采用C重写吧”。在公司内，采用C/C++来写业务逻辑模块的现象到处都有，在前几年甚至几乎全部都是采用C来写。那时候大家写的真是一个痛苦：调试难、敏捷不要谈。
　　那么，本章节要谈论的一个话题就是：C写的业务逻辑和PHP写的业务逻辑模块进行性能对比，采用真实的数据来说话。
　　4.1前提
　　为什么要特别说出这个前提呢？因为在理想情况下，一个功能采用PHP实现，该性能铁定不可能比理想的C写出来好。这个前提需要特别注意。
　　但为什么还要对比呢？因为在现实情况下，能写出非常有些的C程序，并且在频繁修改的情况下还能做到完全高性能的又有几个呢？
　　所以，本章节的对比是基于现实中的情况来进行的。
　　4.2 贴吧的feye和pbui性能对比
　　Feye和pbui是贴吧帖子列表页面的业务层模块。
　　参考文档：
　　http://yanbin.org/
　　https://wiki.php.net/internals/zend_mm
　　http://blog.xiuwz.com/2011/11/09/php-using-internal-zval/
　　http://developers.facebook.com/blog/post/358/
　　https://github.com/facebook/hiphop-php