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php7性能提升原因是什么?

2021年07月14日8500百度已收录

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。 我们来看看官网给出的php7 引擎和特性: PHP7引擎( What will be in PHP 7 / PHPNG )

Performance Improvements with the addition of PHPNG engine.(使用PHPNG引擎来提升性能) JIT - Just in Time compiler (即时编辑器 JIT Compiler_百度百科) Abstract Syntax Tree for compilation(抽象语法树编译) Asynchronous refactoring of the I/O layer. 对I/O层的异步重构。 Multi-threaded build in Web Server多线程构建Web服务器 Expanded use of ->, [], (), {}, and :: operators 扩展使用 ->, [], (), {}, 和 :: 符号 100% in crease in performance性能提升 100% (应该是QPS) Cool Name: PHPNG 酷名:PHPNG引擎

1) PHP7速度是 PHP5.6 的两倍

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2) JIT - Just in Time compiler (即时编辑器)

Just In Time(即时编译)是一种软件优化技术,指在运行时才会去编译字节码为机器码。从直觉出发,我们都很容易认为,机器码是计算机能够直接识别和执行的,比起Zend读取opcode逐条执行效率会更高。其中,HHVM(HipHop Virtual Machine,HHVM是一个Facebook开源的PHP虚拟机)就采用JIT,让他们的PHP性能测试提升了一个数量级,放出一个令人震惊的测试结果,也让我们直观地认为JIT是一项点石成金的强大技术。

而实际上,在2013年的时候,鸟哥和Dmitry(PHP语言内核开发者之一)就曾经在PHP5.5的版本上做过一个JIT的尝试(并没有发布)。PHP5.5的原来的执行流程,是将PHP代码通过词法和语法分析,编译成opcode字节码(格式和汇编有点像),然后,Zend引擎读取这些opcode指令,逐条解析执行。

而他们在opcode环节后引入了类型推断(TypeInf),然后通过JIT生成ByteCodes,然后再执行。

于是,在benchmark(测试程序)中得到令人兴奋的结果,实现JIT后性能比PHP5.5提升了8倍。然而,当他们把这个优化放入到实际的项目WordPress(一个开源博客项目)中,却几乎看不见性能的提升,得到了一个令人费解的测试结果。

于是,他们使用Linux下的profile类型工具,对程序执行进行CPU耗时占用分析。

执行100次WordPress的CPU消耗的分布:

注解:

21%CPU时间花费在内存管理。

12%CPU时间花费在hash table操作,主要是PHP数组的增删改查。

30%CPU时间花费在内置函数,例如strlen。

25%CPU时间花费在VM(Zend引擎)。

经过分析之后,得到了两个结论:

(1)JIT生成的ByteCodes如果太大,会引起CPU缓存命中率下降(CPU Cache Miss)

在PHP5.5的代码里,因为并没有明显类型定义,只能靠类型推断。尽可能将可以推断出来的变量类型,定义出来,然后,结合类型推断,将非该类型的分支代码去掉,生成直接可执行的机器码。然而,类型推断不能推断出全部类型,在WordPress中,能够推断出来的类型信息只有不到30%,能够减少的分支代码有限。导致JIT以后,直接生成机器码,生成的ByteCodes太大,最终引起CPU缓存命中大幅度下降(CPU Cache Miss)。

CPU缓存命中是指,CPU在读取并执行指令的过程中,如果需要的数据在CPU一级缓存(L1)中读取不到,就不得不往下继续寻找,一直到二级缓存(L2)和三级缓存(L3),最终会尝试到内存区域里寻找所需要的指令数据,而内存和CPU缓存之间的读取耗时差距可以达到100倍级别。所以,ByteCodes如果过大,执行指令数量过多,导致多级缓存无法容纳如此之多的数据,部分指令将不得不被存放到内存区域。

CPU的各级缓存的大小也是有限的,下图是Intel i7 920的配置信息:

因此,CPU缓存命中率下降会带来严重的耗时增加,另一方面,JIT带来的性能提升,也被它所抵消掉了。

通过JIT,可以降低VM的开销,同时,通过指令优化,可以间接降低内存管理的开发,因为可以减少内存分配的次数。然而,对于真实的WordPress项目来说,CPU耗时只有25%在VM上,主要的问题和瓶颈实际上并不在VM上。因此,JIT的优化计划,最后没有被列入该版本的PHP7特性中。不过,它很可能会在更后面的版本中实现,这点也非常值得我们期待哈。

(2)JIT性能的提升效果取决于项目的实际瓶颈

JIT在benchmark中有大幅度的提升,是因为代码量比较少,最终生成的ByteCodes也比较小,同时主要的开销是在VM中。而应用在WordPress实际项目中并没有明显的性能提升,原因WordPress的代码量要比benchmark大得多,虽然JIT降低了VM的开销,但是因为ByteCodes太大而又引起CPU缓存命中下降和额外的内存开销,最终变成没有提升。

不同类型的项目会有不同的CPU开销比例,也会得到不同的结果,脱离实际项目的性能测试,并不具有很好的代表性。

3). Zval的改变

PHP的各种类型的变量,其实,真正存储的载体就是Zval,它特点是海纳百川,有容乃大。从本质上看,它是C语言实现的一个结构体(struct)。对于写PHP的同学,可以将它粗略理解为是一个类似array数组的东西。

PHP5的Zval,内存占据24个字节:

PHP7的Zval,内存占据16个字节:

Zval从24个字节下降到16个字节,为什么会下降呢,这里需要补一点点的C语言基础,辅助不熟悉C的同学理解。struct和union(联合体)有点不同,Struct的每一个成员变量要各自占据一块独立的内存空间,而union里的成员变量是共用一块内存空间(也就是说修改其中一个成员变量,公有空间就被修改了,其他成员变量的记录也就没有了)。因此,虽然成员变量看起来多了不少,但是实际占据的内存空间却下降了。

除此之外,还有被明显改变的特性,部分简单类型不再使用引用。

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