PHP 7性能為何能翻倍？究竟關(guān)鍵因素是什么？

2017年02月17日，PHP 7.1.2發(fā)布。PHP7是PHP編程語(yǔ)言的一個(gè)主要版本，并號(hào)稱是開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用程序的一次革命，可開(kāi)發(fā)和交付移動(dòng)企業(yè)和云應(yīng)用。此版本被認(rèn)為是PHP在2004年發(fā)布PHP5后最重要的變化。最大特色是在性能上的大突破，能比前一版PHP 5快上一倍，PHP之父Rasmus Lerdorf表示，甚至能比f(wàn)acebook(純PHP開(kāi)發(fā)的世界級(jí)大型網(wǎng)站)的HHVM虛擬機(jī)下的PHP程序性能更快。

HHVM是FaceBook為自家網(wǎng)站特性而量身客制的PHP優(yōu)化機(jī)制，不見(jiàn)得適用任何網(wǎng)站。但Rasmus Lerdorf表示，PHP7的目標(biāo)之一就是要讓任何網(wǎng)站開(kāi)發(fā)者，就連使用開(kāi)發(fā)框架Drupal、開(kāi)源電子商務(wù)系統(tǒng)Opencart時(shí)，都能有不輸使用HHVM 技術(shù)的性能。

一個(gè)20年來(lái)歷經(jīng)了多次改版和無(wú)數(shù)次優(yōu)化的成熟語(yǔ)言，還能有性能提高一倍的突破絕非易事，Rasmus Lerdorf坦言，不像一般新項(xiàng)目多半容易找出許多改進(jìn)空間，新版PHP并非修改部分程序就達(dá)到了如此的成果。反而是，透過(guò)大量細(xì)節(jié)優(yōu)化和性能累加 后，PHP 7才具備了不輸HHVM的執(zhí)行性能。

Rasmus Lerdorf與PHP核心貢獻(xiàn)團(tuán)隊(duì)花了許多心力減少程序運(yùn)作時(shí)搬動(dòng)的內(nèi)存位數(shù)，由此加速執(zhí)行的性能。例如，PHP中儲(chǔ)存變量的數(shù)據(jù)架構(gòu)zval從24位 縮減至16位、Hashtable從72位減少至56位，并檢視PHP中的函式，思考有無(wú)任何改進(jìn)性能的空間。

除了從減少內(nèi)存的使用著手外，Rasmus Lerdorf更檢視CPU的Cache line的運(yùn)作原理，了解程序代碼如何與CPU互動(dòng)、編譯程序如何在新CPU架構(gòu)下編譯程序代碼等細(xì)節(jié)，確保PHP 7的程序代碼符合現(xiàn)代CPU的架構(gòu)。雖然每個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)化對(duì)性能貢獻(xiàn)都低于0.5%，但由于優(yōu)化的項(xiàng)目很多，或是某項(xiàng)改善的功能會(huì)被應(yīng)用程序反復(fù)呼叫，整體修正的綜效結(jié)果就能有如此大的進(jìn)展。

受HHVM刺激，Rasmus Lerdorf決定打造兼具性能與功能的PHP。Facebook為了優(yōu)化PHP運(yùn)作，搭配JIT編譯而打造出虛擬機(jī)HHVM。而HHVM雖然擁有快速 的執(zhí)行性能，其為特定用途優(yōu)化的設(shè)計(jì)，只能滿足小部分的開(kāi)發(fā)者。反之，Rasmus Lerdorf除了想提升PHP的性能表現(xiàn)外，也想要同時(shí)滿足高端使用者以及業(yè)余使用者的需求，讓PHP 7成為兼?zhèn)湫阅鼙憩F(xiàn)及通用功能的程序語(yǔ)言。

然而，開(kāi)發(fā)符合市場(chǎng)上少部分人使用的程序語(yǔ)言并不是難事，但是PHP項(xiàng)目瞄準(zhǔn)許多對(duì)象，必須同時(shí)符合業(yè)余使用者及專業(yè)開(kāi)發(fā)者需求的原則下，開(kāi)發(fā)難以面面俱 到，因?yàn)榭偸菚?huì)有部分族群的需求無(wú)法被滿足，「這就像拿水管大范圍的噴灑，而每個(gè)人衣服都會(huì)被水沾濕一點(diǎn)，但是不會(huì)有人的衣服完全濕透?！筊asmus Lerdorf比喻。

不使用外掛框架的PHP的運(yùn)算性能表現(xiàn)都很優(yōu)異，但是受到外加框架的影響，原本可以在數(shù)秒內(nèi)處理上千個(gè)網(wǎng)頁(yè)要求的PHP，性能大幅下降，變?yōu)橹荒芴幚頂?shù)十 個(gè)要求。Rasmus Lerdorf表示，在HHVM出現(xiàn)之前，相較于對(duì)PHP性能表現(xiàn)的要求，使用者比較在意PHP能否降低網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)的難度，而這些框架能讓開(kāi)發(fā)者的工作變得 比較簡(jiǎn)單。但是在Facebook推出HHVM后，引出許多重視PHP性能表現(xiàn)的使用者，讓Rasmus Lerdorf意識(shí)到許多使用者有性能表現(xiàn)的需求。他開(kāi)始思考如何將HHVM的JIT架構(gòu)與PHP融合。

但Rasmus Lerdorf表示，PHP與HHVM兩者在架構(gòu)設(shè)計(jì)上相當(dāng)不同，例如，HHVM的多線程架構(gòu)并不是很穩(wěn)固。此外，HHVM的可移植性并不佳，離可以在 Windows平臺(tái)上運(yùn)作還有很大一段路，而PHP有很多開(kāi)發(fā)者在Windows環(huán)境開(kāi)發(fā)，而HHVM無(wú)法照顧到那些使用者。

Rasmus Lerdorf表示，他不能放棄PHP的主要架構(gòu)，雖然他們?cè)?jīng)考慮過(guò)融合兩者，但是，HHVM在使用上有很多的限制。雖然HHVM對(duì)Facebook及 許多開(kāi)發(fā)者是非常好的工具，但對(duì)于PHP項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，HHVM的使用范疇還不夠?qū)拸V，只能符合Facebook或是Wikipedia等特定項(xiàng)目的需求。

非強(qiáng)型別語(yǔ)言的PHP，導(dǎo)入JIT是難上加難。然而，在PHP中加入JIT編譯是件非常困難的事情。Rasmus Lerdorf表示，JIT必須學(xué)會(huì)辨認(rèn)程序的運(yùn)作模(Patterns)，例如了解哪些部份為重要的程序代碼，并且在程序運(yùn)作前，預(yù)測(cè)程序被呼叫的時(shí) 機(jī)，或是哪些部分的程序會(huì)呼叫。

Rasmus Lerdorf比喻，在許多汽車中，JIT必須能預(yù)測(cè)哪部分的車子會(huì)右轉(zhuǎn)、哪部分的車子會(huì)左轉(zhuǎn)或是某些顏色汽車會(huì)直行，「而JIT必須要全部預(yù)測(cè)正確，否則性能會(huì)大大的降低?！沟?，如果預(yù)測(cè)正確，程序執(zhí)行性能則會(huì)大大提升。

在一般的程序語(yǔ)言的編譯中加入JIT已屬不易，Rasmus Lerdorf表示，由于PHP的動(dòng)態(tài)屬性(dynamic)讓加入JIT是難上加難。他舉例，開(kāi)發(fā)者宣告參數(shù)$a值為1，但不代表程序所有的$ a的值都為1，由于PHP中參數(shù)值可以很輕易地重新定義。在C語(yǔ)言中，當(dāng)開(kāi)發(fā)者宣告參數(shù)a為整數(shù)，則a永遠(yuǎn)為整數(shù)。如果程序中有任何地方宣告a是整數(shù)以外 的類型，連編譯都無(wú)法執(zhí)行。而因?yàn)镃語(yǔ)言此種強(qiáng)型別的程序語(yǔ)言，「JIT可以預(yù)測(cè)變量a為整數(shù)，但是在PHP中，我們沒(méi)有這種奢侈?！顾忉?，HHVM的 做法為當(dāng)JIT得知a是整數(shù)型別后，則假設(shè)a永遠(yuǎn)為整數(shù)。

而HHVM為了在使用JIT編譯，某種程度上受限了PHP的發(fā)展。HHVM的用戶必須清楚宣告變量的性質(zhì)，但是使用PHP的開(kāi)發(fā)者，可以先宣告沒(méi)有性質(zhì)的 類別(Class)，后續(xù)再指定類別的變量屬性?！冈跊](méi)有任何限制下，將JIT加入PHP是我們要做的事?！顾硎?，PHP必須顧及Wordpress、 Drupal等框架的開(kāi)發(fā)者，不能任意停止對(duì)此些框架的支持。故與HHVM相比，PHP在打造JIT的條件限制更多。

但是，「這不代表我們不能做JIT。此外，我們也要控制PHP的發(fā)展走向?！筊asmus Lerdorf表示。

目前，PHP核心貢獻(xiàn)者之一的Dmitry Stogov開(kāi)發(fā)一個(gè)原型JIT，并且使用某些實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用程序去測(cè)試運(yùn)作。Rasmus Lerdorf表示，如果將此JIT用于執(zhí)行某些重復(fù)性的運(yùn)算或是循環(huán)程序，得以讓PHP 7性能又再快上10倍。

不過(guò)他也坦承，當(dāng)此實(shí)驗(yàn)性的JIT用于Wordpress時(shí)，并未得到任何加速效果，「我們想要打造的JIT不是要在大學(xué)課本上學(xué)到的東西，而是能在真實(shí) 世界中運(yùn)作的JIT?！顾硎?。因?yàn)镻HP一直都抱持如此的理想，試圖解決人們生活中的問(wèn)題，并且能真實(shí)世界中在線環(huán)境中運(yùn)作，而不只是存在課本中的理 論。

Rasmus Lerdorf表示，在PHP剛問(wèn)世時(shí)，他每天至少花16個(gè)小時(shí)開(kāi)發(fā)PHP。但目前他已經(jīng)逐漸減少投入開(kāi)發(fā)，轉(zhuǎn)而投注心力在世界各地宣傳及演講。他打趣地 表示：「與其自己開(kāi)發(fā)，不如激勵(lì)遠(yuǎn)比我聰明，又愿意一天花十八小時(shí)寫(xiě)程序的人去開(kāi)發(fā)PHP?！顾硎?，他的最終目標(biāo)是PHP中沒(méi)有任何一行由他所撰寫(xiě)的程 序代碼，「任何在成長(zhǎng)中的項(xiàng)目都不應(yīng)該由一個(gè)開(kāi)發(fā)者主導(dǎo)，老舊的程序代碼應(yīng)該被新的程序代碼替換?！苟J(rèn)為，其他開(kāi)發(fā)者應(yīng)該以此為目標(biāo)。

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作者：黑馬程序員PHP培訓(xùn)學(xué)院

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