PHP7将在2015年12月正式发布,PHP7 ,将会是PHP脚本语言的重大版本更新,同时将带来大幅的性能改进和新的特性,以及改进一些过时功能。 该发布版本将会专注在性能加强,源自PHP版本树中的phpng分支。在硅谷公司的ZendCon会议,PHP工具厂商Zend技术官方讨论phpng和 PHP7的进度。“(本次升级)真正专注于帮助业界的应用程序显著加强执行速度,再加上,我们在PHP中的其他改进,”Zend的首席执行官安迪特曼斯 (曾参与了PHP语言的持续开发和发展)表示。
推荐(免费):PHP7
我们来看看官网给出的php7 引擎和特性:
Cool Name: PHPNG 酷名:PHPNG引擎
1) PHP7速度是 PHP5.6 的两倍
2) JIT - Just in Time compiler (#即時編輯器)
Just In Time(即時編譯)是一種軟體最佳化技術,指在運行時才會去編譯字節碼為機器碼。從直覺出發,我們都很容易認為,機器碼是電腦能夠直接辨識和執行的,比起Zend讀取opcode逐條執行效率會更高。其中,HHVM(HipHop Virtual Machine,HHVM是一個Facebook開源的PHP虛擬機)就採用JIT,讓他們的PHP性能測試提升了一個數量級,放出一個令人震驚的測試結果,也讓我們直觀地認為JIT是一項點石成金的強大技術。
而實際上,在2013年的時候,鳥哥和Dmitry(PHP語言核心開發者之一)就曾經在PHP5.5的版本上做過一個JIT的嘗試(並沒有發布)。 PHP5.5的原來的執行流程,是將PHP程式碼透過詞法和語法分析,編譯成opcode字節碼(格式和組譯有點像),然後,Zend引擎讀取這些opcode指令,逐條解析執行。
而他們在opcode環節後引入了類型推論(TypeInf),然後透過JIT產生ByteCodes,然後再執行。
於是,在benchmark(測試程式)中得到令人興奮的結果,實現JIT後效能比PHP5.5提升了8倍。然而,當他們把這個優化放入到實際的專案WordPress(一個開源部落格專案)中,卻幾乎看不見效能的提升,得到了一個令人費解的測試結果。
於是,他們使用Linux下的profile類型工具,對程式執行進行CPU耗時佔用分析。
執行100次的WordPressCPU消耗的分佈:
##註解:
#################################################21%CPU時間花費在記憶體管理。
12%CPU時間花費在hash table操作,主要是PHP陣列的增刪改查。
30%CPU時間花費在內建函數,例如strlen。
25%CPU時間花費在VM(Zend引擎)。
經過分析後,得到了兩個結論:
#(1)JIT產生的ByteCodes如果太大,會造成CPU快取命中率下降(CPU Cache Miss)
#在PHP5.5的程式碼裡,因為並沒有明顯型別定義,只能靠型別推論。盡可能將可以推斷出來的變數類型,定義出來,然後,結合類型推斷,將非該類型的分支程式碼去掉,產生直接可執行的機器碼。然而,類型推斷不能推斷出全部類型,在WordPress中,能夠推斷出來的類型資訊只有不到30%,能夠減少的分支代碼有限。導致JIT以後,直接產生機器碼,產生的ByteCodes太大,最終造成CPU快取命中大幅下降(CPU Cache Miss)。
CPU快取命中是指,CPU在讀取並執行指令的過程中,如果所需的資料在CPU一級快取(L1)中讀取不到,就必須往下繼續尋找,一直到二級快取(L2)和三級快取(L3),最終會嘗試到記憶體區域裡尋找所需的指令數據,而記憶體和CPU快取之間的讀取耗時差距可以達到100倍級別。所以,ByteCodes如果過大,執行指令數量過多,導致多層快取無法容納如此之多的數據,部分指令將不得不被存放到記憶體區域。
CPU的各級快取的大小也是有限的,下圖是Intel i7 920的設定資訊:
因此,CPU快取命中率下降會帶來嚴重的耗時增加,另一方面,JIT帶來的效能提升,也被它所抵銷掉了。
透過JIT,可以降低VM的開銷,同時,透過指令最佳化,可以間接降低記憶體管理的開發,因為可以減少記憶體分配的次數。然而,對於真實的WordPress專案來說,CPU耗時只有25%在VM上,主要的問題和瓶頸實際上並不在VM上。因此,JIT的最佳化計劃,最後沒有被列入該版本的PHP7特性。不過,它很可能會在更後面的版本中實現,這一點也非常值得我們期待哈。
(2)JIT效能的提升效果取決於專案的實際瓶頸
JIT在benchmark中有大幅度的提升,是因為程式碼量比較少,最終產生的ByteCodes也比較小,同時主要的開銷是在VM中。而應用在WordPress實際專案中並沒有明顯的效能提升,原因WordPress的程式碼量要比benchmark大得多,雖然JIT降低了VM的開銷,但是因為ByteCodes太大而又造成CPU快取命中下降和額外的內存開銷,最終變成沒有提升。
不同類型的專案會有不同的CPU開銷比例,也會得到不同的結果,脫離實際專案的效能測試,並不具有很好的代表性。
3). Zval的改變
PHP的各種類型的變量,其實,真正儲存的載體就是Zval,它特徵是海納百川,有容乃大。從本質上看,它是C語言實現的一個結構體(struct)。對於寫PHP的同學,可以將它粗略地理解為是一個類似array數組的東西。
PHP5的Zval,記憶體佔據24個位元組:
Zval結構圖:
圖中Zval的由2個64bits(1位元組=8bit,bit是「位元」)組成,如果變數類型是long、bealoon這些長度不超過64bit的,則直接儲存到value中,就沒有下面的引用了。當變數類型是array、objec、string等超過64bit的,value儲存的就是一個指針,指向真實的儲存結構位址。
對於簡單的變數類型來說,Zval的儲存變得非常簡單且有效率。
不需要引用的類型:NULL、Boolean、Long、Double
需要引用的類型:String、Array、Object、Resource、Reference
4) .內部類型zend_string
Zend_string是實際儲存字串的結構體,實際的內容會儲存在val(char ,字元型)中,而val是一個char數組,長度為1(方便成員變數佔位)。
結構體最後一個成員變數採用char數組,而不是使用char*,這裡有一個小最佳化技巧,可以降低CPU的cache miss。
如果使用char數組,當malloc申請上述結構體內存,是申請在同一片區域的,通常是長度是sizeof(_zend_string) 實際char存儲空間。但是,如果使用char*,那個這個位置儲存的只是一個指針,真實的儲存又在另外一片獨立的記憶體區域內。
使用char[1]與char*的記憶體分配比較:
從邏輯實現的角度來看,兩者其實也沒有太大差別,效果很類似。而實際上,當這些記憶體區塊被載入到CPU的中,就顯得非常不一樣。前者因為是連續分配在一起的同一塊內存,在CPU讀取時,通常都可以一同獲得(因為會在同一級緩存中)。而後者,因為是兩塊內存的數據,CPU讀取第一塊內存的時候,很可能第二塊內存數據不在同一級緩存中,使CPU不得不往L2(二級緩存)以下尋找,甚至到記憶體區域查到想要的第二塊記憶體資料。這裡就會造成CPU Cache Miss,而兩者的耗時最高可以相差100倍。
另外,在字串複製的時候,採用引用賦值,zend_string可以避免的記憶體拷貝。
5). PHP陣列的變化(HashTable和Zend Array)
在在編寫PHP程式過程中,使用最頻繁的類型莫過於數組,PHP5的數組採用HashTable實作。如果用比較粗略的概括方式來說,它算是一個支援雙向鍊錶的HashTable,不僅支援透過陣列的key來做hash映射存取元素,也能透過foreach以存取雙向鍊錶的方式遍歷數組元素。
PHP5的HashTable:
這個圖看起來很複雜,各種指標跳來跳去,當我們透過key值存取一個元素內容的時候,有時需要3次的指針跳躍才能找對需要的內容。而最重要的一點,就在於這些數組元素存儲,都是分散在各個不同的記憶體區域的。同理可得,在CPU讀取的時候,因為它們就很可能不在同一級快取中,會導致CPU不得不到下級快取甚至記憶體區域查找,也就是造成CPU快取命中下降,進而增加更多的耗時。
PHP7的Zend Array(截圖來自PPT):
#新版本的陣列結構,非常簡潔,讓人眼睛一亮。最大的特點是,整塊的陣列元素和hash映射表全部連接在一起,被分配在同一塊記憶體內。如果是遍歷一個整數的簡單型別數組,效率會非常快,因為,數組元素(Bucket)本身是連續分配在同一塊記憶體裡,而且,數組元素的zval會把整數元素儲存在內部,也不再有指針外鏈,全部資料都儲存在目前記憶體區域內。當然,最重要的是,它能夠避免CPU Cache Miss(CPU快取命中率下降)。
Zend Array的變化:
(1) 陣列的value預設為zval。
(2) HashTable的大小從72下降到56字節,減少22%。
(3) Buckets的大小從72下降到32位元組,減少50%。
(4) 陣列元素的Buckets的記憶體空間是一同分配的。
(5) 陣列元素的key(Bucket.key)指向zend_string。
(6) 陣列元素的value被嵌入到Bucket中。
(7)降低CPU Cache Miss。
6).函數呼叫機制(Function Calling Convention)
PHP7改進了函數的呼叫機制,透過優化參數傳遞的環節,減少了一些指令,提高執行效率。
PHP5的函數呼叫機制(截圖來自於PPT):
圖中,在vm堆疊中的指令send_val和recv參數的指令是相同,PHP7透過減少這兩個重複,來達到對函數呼叫機制的底層最佳化。
PHP7的函數呼叫機制(截圖來自PPT):
##7). 透過巨集定義和內嵌函數(inline),讓編譯器提前完成部分工作
#
C語言的巨集定義會被在預處理階段(編譯階段)執行,提前將部分工作完成,無需在程式運行時分配內存,能夠實現類似函數的功能,卻沒有函數呼叫的壓棧、彈棧開銷,效率會比較高。內聯函數也類似,在預處理階段,將程式中的函數替換為函數體,真實運行的程式執行到這裡,就不會產生函數呼叫的開銷。
PHP7在這方面做了不少的最佳化,將不少需要在執行階段要執行的工作,放到了編譯階段。例如參數類型的判斷(Parameters Parsing),因為這裡涉及的都是固定的字元常數,因此,可以放到編譯階段來完成,進而提升後續的執行效率。
例如下圖中處理傳遞參數類型的方式,從左邊的寫法,最佳化為右邊巨集的寫法。
#
Scalar Type Declarations #標量類型宣告
#Anonymous Classes匿名類別
#特定範例說明:
#更多的Error變成可捕獲的Exception
PHP7 實作了一個全域的throwable接口,原來的Exception與部分Error都實作了這個介面(interface), 以介面的方式定義了異常的繼承結構。於是,PHP7中更多的Error變為可捕獲的Exception返回給開發者,如果不進行捕獲則為Error,如果捕獲就變為一個可在程序 內處理的Exception。這些可被捕獲的Error通常都是不會對程式造成致命傷害的Error,例如函數不存。 PHP7進一步方便開發者處理,讓開 發者對程式的掌控能力更強。因為在預設情況下,Error會直接導致程式中斷,而PHP7則提供捕捉並且處理的能力,讓程式繼續執行下去,為程式設計師提供更 靈活的選擇。
例如,執行一個我們不確定是否存在的函數,PHP5相容的做法是在函數被呼叫之前追加的判斷function_exist,而PHP7則支援捕獲Exception的處理方式。######如下圖的範例############# ##############AST(Abstract Syntax Tree,抽象語法樹)#######
AST在PHP編譯過程中作為一個中間件的角色,取代原來直接從解釋器吐出opcode的方式,讓解釋器(parser)和編譯器(compliler)解耦,可以減少一些Hack程式碼,同時,讓實作更容易理解和可維護。
PHP5:
#PHP7:
## 更多AST資訊:https://wiki.php.net/rfc/abstract_syntax_treeNative TLS(Native Thread local storage,原生線程本地存儲)
PHP在多執行緒模式下(例如,Web伺服器Apache的woker和event模式,就是多執行緒),需要解決「執行緒安全」(TS,Thread Safe)的問題,因為執行緒是共享進程的記憶體空間的,所以每個執行緒本身需要透過某種方式,建構私有的空間來保存自己的私有數據,避免和其他執行緒相互污染。而PHP5採用的方式,就是維護一個全域大數組,為每個執行緒分配一份獨立的儲存空間,而執行緒透過各自擁有的key值來存取這個全域資料組。
而這個獨特的key值在PHP5中需要傳遞給每一個需要用到全域變數的函數,PHP7認為這種傳遞的方式並不友好,並且存在一些問題。因而,嘗試採用一個全域的執行緒特定變數來保存這個key值。
相關的Native TLS問題:https://wiki.php.net/rfc/native-tls
Combined comparison Operator (< ;=>) 結合比較運算子(<=>)
// PHP 7之前的写法:比较两个数的大小 function order_func($a, $b) { return ($a < $b) ? -1 : (($a > $b) ? 1 : 0); } // PHP新增的操作符 <=>,perfect function order_func($a, $b) { return $a <=> $b; }
Return Type Declarations 回傳類型宣告與Scalar Type Declarations 標量類型宣告
PHP語言一個非常重要的特點是“弱類型”,它讓PHP的程式變得非常容易編寫,新手接觸PHP能夠快速上手,不過,它也伴隨著一些爭議。支持變數類型的定義,可以說是革新性質的變化,PHP開始以可選的方式支援類型定義。除此之外,還引入了一個開關指令declare(strict_type=1);,當這個指令一旦開啟,將會強制當前文件下的程序遵循嚴格的函數傳參類型和返回類型。
例如一個add函數加上型別定義,可以寫成這樣:
如果配合強制型別類型開關指令,則可以變成這樣:
如果不開啟strict_type,PHP將會嘗試幫你轉換成要求的類型,而開啟之後,會改變PHP就不再做類型轉換,類型不匹配就會拋出錯誤。對於喜歡「強型別」語言的同學來說,這是一大福音。
更詳細的介紹: https://wiki.php.net/rfc/scalar_type_hints_v5 PHP7標量類型宣告RFC
#為啥直接PHP5.6跳到PHP7(Reasons given why we need to skip to PHP 7)
There are several reasons of why we shouldn't reuse version 6 for the next major version of PHP.
#cli
cgi
#fpm
apache (FastCGI 和FPM 可能會快得多如果mod_php 建構成PIC)
apache2handler
bcmath
bz2
「行事曆
#
ctype
curl
#date
readline
recode
#Reflection
tidy
#wddx
xml
xmlreader
xmlwriter
#xsl
########## ########zlib############Unsupported Extensions (not converted yet)############interbase########## ###mssql############oci8#############pdo_dblib############pdo_oci######## #####sybase_ct############讓PHP 7達到最高效能的幾個Tips############PHP7 VS PHP5.6###### ####
1、Opcache
記得啟用Zend Opcache,因為PHP7即使不啟用Opcache速度也比PHP-5.6啟用了Opcache快,所以之前測試時期就發生了有人一直沒有啟用Opcache的事情。啟用Opcache非常簡單,在php.ini設定檔中加入:
#zend_extension=opcache.so
#opcache.enable=1
opcache.enable_cli=1"
2、使用新的編譯器
#使用新一點的編譯器,推薦GCC 4.8以上,因為只有GCC 4.8以上PHP才會開啟Global Register for opline and execute_data支持,這個會帶來5%左右的性能提升(Wordpres的QPS角度衡量)
#其實GCC 4.8以前的版本也支持,但我們發現它支援的有Bug,所以必須是4.8以上的版本才會開啟這個特性。
3、HugePage
我之前的文章也介紹過: 讓你的PHP7更快之Hugepage ,先在系統中開啟HugePages,然後開啟Opcache的huge_code_pages。
以我的CentOS 6.5為例,透過:
##$sudo sysctl vm.nr_hugepages=512
分配512個預留的大頁記憶體:
$ cat /proc/meminfo | grep Huge
AnonHugePages: 106496 kB#
HugePages_Total: 512
HugePages_Free: 504
HugePages_Rsvd: 27
Hugepagesize: 2048 kB##########################然後在php .ini加入:###########################opcache.huge_code_pages=1############## ###########這樣一來,PHP會把自身的text段,以及記憶體分配中的huge都採用大記憶體頁來保存,減少TLB miss,從而提高效能。 ######
4、Opcache file cache
開啟Opcache File Cache(實驗性),透過開啟這個,我們可以讓Opcache把opcode快取快取到外部檔案中,對於一些腳本,會有很明顯的效能提升。
在php.ini加入:
#opcache.file_cache=/tmp
這樣PHP就會在/tmp目錄下Cache一些Opcode的二進位匯出文件,可以跨PHP生命週期存在。
5、PGO
#我之前的文章:讓你的PHP7更快(GCC PGO) 也介紹過,如果你的PHP是專門為一個專案服務,例如只是為你的Wordpress,或者drupal,或者其他什麼,那麼你就可以嘗試透過PGO,來提升PHP ,專門為你的這個專案提高性能。
具體的,以wordpress 4.1為最佳化場景。首先在編譯PHP的時候首先:
#$ make prof-gen
然後用你的專案訓練PHP,例如對於Wordpress:
#$ sapi/cgi/php-cgi -T 100 /home/huixinchen/local/www/htdocs/wordpress/index.php >/dev/null
也就是讓php-cgi跑100遍wordpress的首頁,從而產生一些在這個過程中的profile資訊。
#最後:
######################### ###$ make prof-clean#######
$ make prof-use
#這時候你編譯得到的PHP7,就是為你的專案量身打造的最高效能的編譯版本。
暫時就這麼多吧,以後想起來再加,歡迎大家試試,thanks。
以上是詳解PHP7新特性 What will be in PHP 7的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!