大话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，通过真实的性能数据来说话，最终找出影响PHP模块性能的关键因素。

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、网络模型来进行分析。

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：http://www.laruence.com/2011 /11/09/2277.html。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。
通过上图也可以看出，其实在PHP内部本身也是存在编译的过程。事实上，在标准的生产环境中，也都基本上利用了这个特点，比如说opcode cache工具apc、eacc、xcache等等。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。
但为什么还有很多人感觉PHP慢呢？尤其是一些计算量的性能对比上，总发现PHP处理的性能相对比较低效（http://shootout.alioth.debian.org/u32/php.php）。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：
<?php
$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)。
但所有的这种编译优化方案，都基本上是牺牲了PHP动态运行的特性。当然可以在具体的编译优化中去对动态特性做一些折中，但很难做到完完全全的兼容。

2.6网络模型

目前采用PHP的方式，比较理想和通用的模式是采用fastcgi（PHP-FPM）。Php-fpm在网络模型上比较类似nginx，采用了多进程 Master+多worker的模式。Php-fpm本身是基于libevent中的epoll模型。从网络模型来看，该方式也不会和其他网络模型存在性能差异。

2.7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、网络模型方面，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

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