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深度探讨PHP之性能
 

作者:xuliqiang,发布于2011-12-13

 

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

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:

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:

软件相关:

PHP框架。

其他说明:

目标机器的部署方式:

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。

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

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。

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