深度探讨 PHP 之性能

　　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

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

　　在内部展开后就会是一个函数

　　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

　　);

　　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：

　　

　　$var = “hello, blog.xiuwz.com”;

　　?>

　　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。

　　

　　require_once ‘./actions/indexAction.php’;

　　$objAction = new indexAction();

　　$objAction->init();

　　$objAction->execute();

　　?>

　　Acitons/indexAction.php里面的代码如下

　　class indexAction

　　{

　　public function execute()

　　{

　　echo ‘hello, world!’;

　　}

　　}

　　?>

　　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

　　

　　require_once ‘Bingo/Controller/Front.php’;

　　$objFrontController = Bingo_Controller_Front::getInstance(array(

　　‘actionDir’ => ‘./actions’,

　　));

　　$objFrontController->dispatch();

　　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。