深度探討PHP之性能

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1.緣起

關于PHP,很多人的直觀感覺是PHP是一種靈活的腳本語言,庫類豐富,使用簡單,安全,非常適合WEB開發,但性能低下。PHP的性能是否真的就 如同大家的感覺一樣的差呢?本文就是圍繞這么一個話題來進行探討的。從源碼、應用場景、基準性能、對比分析等幾個方面深入分析PHP之性能問題,并通過真 實的數據來說話。

2.從原理分析PHP性能

從原理分析PHP的性能,主要從以下幾個方面:內存管理、變量、函數、運行機制來進行分析。

2.1內存管理

類似Nginx的內存管理方式,PHP在內部也是基于內存池,并且引入內存池的生命周期概念。在內存池方面,PHP對PHP腳本和擴展的所有內存相關操作都進行了托管。對大內存和小內存的管理采用了不同的實現方式和優化,具體可以參考以下文檔:https://wiki.php.net/internals/zend_mm。在內存分配和回收的生命周期內,PHP采用一次初始化申請+動態擴容+內存標識回收機制,并且在每次請求結束后直接對內存池進行重新mask。

2.2變量

總所周知,PHP是一種弱變量類型的語言,所以在PHP內部,所有的PHP變量都對應成一種類型Zval,其中具體定義如下:

大話PHP之性能

圖一PHP變量

在變量方面,PHP做了大量的優化工作,比如說Reference counting和copy on writer機制。這樣能夠保證內存使用上的優化,并且減少內存拷貝次數(請參考http://blog.xiuwz.com/2011/11/09 /php-using-internal-zval/)。在數組方面,PHP內部采用高效的hashtable來實現。

2.3函數

在PHP內部,所有的PHP函數都回轉化成內部的一個函數指針。比如說擴展中函數


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

在內部展開后就會是一個函數


  1. 		void zif_my_function ( INTERNAL_FUNCTION_PARAMETERS );  
  2. void zif_my_function(  
  3. int ht,  
  4. zval * return_value,  
  5. zval * this_ptr,  
  6. int return_value_used,  
  7. zend_executor_globals * executor_globals  
  8. );   

從這個角度來看,PHP函數在內部也是對應一個函數指針。

2.4運行機制

在話說PHP性能的時候,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是先動態解析再代碼運行的,所以從這個角度來看,PHP性能必然很差。

的確,從PHP腳本運行來輸出,的確是一個動態解析再代碼運行的過程。具體來說,PHP腳本的運行機制如下圖所示:

大話PHP之性能

圖二 PHP運行機制

PHP的運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。運行,動態運行進行輸出。

所以說,在PHP內部,本身也是存在編譯的過程。并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。基于opcode cache,能到做到“PHP腳本編譯一次,多次運行”的效果。從這點上,PHP就和JAVA的半編譯機制非常類似。

所以,從運行機制上來看,PHP的運行模式和JAVA是非常類似的,都是先產生中間碼,然后運行在不同虛擬機上。

2.5動態運行

從上面的幾個分析來看,PHP在內存管理、變量、函數、運行機制等幾個方面都做了大量的工作,所以從原理來看,PHP不應該存在性能問題,性能至少也應該和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性能問題了,由于PHP是動態運行時,所以所有的變量、函數、對象調用、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性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量、函數,在PHP中需要在動態運行中確 定,也就決定了PHP中間碼不能直接運行而需要運行在Zend Engine上。

說到PHP變量的具體實現,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,包含變量符號棧、函數符號棧等等都是基于hashtable的。

以PHP變量為例來說明下PHP的動態運行特點,比如說代碼:


  1. 		<?php 
  2. $var = “hello, blog.xiuwz.com”;  
  3. ?>   

該代碼的執行結果就是在變量符號棧(是一個hashtable)中新增一個項

大話PHP之性能

當要使用到該變量時候,就去變量符合棧中去查找(也就是變量調用對出了一個hash查找的過程)。

同樣對于函數調用也基本上類似有一個函數符號棧(hashtable)。

其實關于動態運行的變量查找特點,在PHP的運行機制中也能看出一些。PHP代碼通過解釋、編譯后的流程下圖:

大話PHP之性能

圖3 PHP運行實例

從上圖可以看出,PHP代碼在compile之后,產出的了類符號表、函數符號表、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找,處理。

從某種程度上,在這種問題的上,很難找到解決方案。因為這是由于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,在基礎的內存管理、變量、函數、運行機制方面,PHP本身并不會存在明顯的性能差異,但由于PHP的動態運行特性,決定了PHP和 其他的編譯型語言相比,所有的變量查找、函數運行等等都會多一些hash查找的CPU開銷和額外的內存開銷,至于這種開銷具體有多大,可以通過后續的基準 性能和對比分析得出。

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、大數據量的運算、內存要求很嚴格的應用場景。如果要實現這些功能,也建議通過擴展的方式實現,然后再提供鉤子函數給PHP調用。這樣可以減低內部計算的變量、函數等系列開銷。

3.基準性能

對于PHP基準性能,目前缺少標準的數據。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,對于框架的性能和框架對性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性能指標,通過數據給大家一個直觀的了解。

具體的基準性能有以下幾個方面:

1.裸PHP性能。完成基本的功能。

2.裸框架的性能。只做最簡單的路由分發,只走通核心功能。

3.標準模塊的基準性能。所謂標準模塊的基準性能,是指一個具有完整服務模塊功能的基準性能。

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

軟件相關:

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。

其他說明:

目標機器的部署方式:大話PHP之性能 腳本。

測試壓力機器和目標機器獨立部署。

3.2裸PHP性能

最簡單的PHP腳本。


  1. 		<?php 
  2. require_once ‘./actions/indexAction.php’;  
  3. $objAction = new indexAction();  
  4. $objAction->init();  
  5. $objAction->execute();  
  6. ?> 
  7. Acitons/indexAction.php里面的代碼如下  
  8. <?php 
  9. class indexAction  
  10. {  
  11. public function execute()  
  12. {  
  13. echo ‘hello, world!’;  
  14. }  
  15. }  
  16. ?>   

通過壓力工具測試結果如下:

大話PHP之性能

3.3裸PHP框架性能

為了和3.2的對比,基于bingo2框架實現了類似的功能。代碼如下


  1. 		<?php 
  2. require_once ‘Bingo/Controller/Front.php’;  
  3. $objFrontController = Bingo_Controller_Front::getInstance(array(  
  4. ‘actionDir’ => ‘./actions’,  
  5. ));  
  6. $objFrontController->dispatch(); 

壓力測試結果如下:

大話PHP之性能

從該測試結果可以看出:框架雖然有一定的消耗,但對整體的性能來說影響是非常小的。

3.4標準PHP模塊的基準性能

所謂標準PHP模塊,是指一個PHP模塊所必須要具體的基本功能:

路由分發。

自動加載。

LOG初始化&Notice日志打印。所以的UI請求都一條標準的日志。

  • 錯誤處理。
  • 時間校正。
  • 自動計算每個階段耗時開銷。
  • 編碼識別&編碼轉化。
  • 標準配置文件的解析和調用

采用bingo2的代碼自動生成工具產生標準的測試PHP模塊:test。

測試結果如下:

大話PHP之性能

3.5結論

從測試數據的結論來看,PHP本身的性能還是可以的。基準性能完全能夠達到幾千甚至上W的QPS。至于為什么在大多數的PHP模塊中表現不佳,其實 這個時候更應該去找出系統的瓶頸點,而是簡單的說OK,PHP不行,那我們換C來搞吧。(下一個章節,會通過一些例子來對比,采用C來處理不見得有特別的 優勢)

通過基準數據,可以得出以下幾個具體的結論:

1.PHP本身性能也很不錯。簡單功能下能夠達到5000QPS,極限也能過W。

2.PHP框架本身對性能影響非常有限。尤其是在有一定業務邏輯和數據交互的情況下,幾乎可以忽略。

3.一個標準的PHP模塊,基準性能能夠達到2000QPS(80 cpu idle)。

4.對比分析

很多時候,大家發現PHP模塊性能不行的時候,就來一句“ok,我們采用C重寫吧”。在公司內,采用C/C++來寫業務邏輯模塊的現象到處都有,在前幾年甚至幾乎全部都是采用C來寫。那時候大家寫的真是一個痛苦:調試難、敏捷不要談。

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