php7那点事

PHP7那点事儿

千呼万唤始出来，PHP7终于如约而来，对所有PHPer都是一件振奋人心的事。因为可能很多小伙伴很有可能正和我经历同样的事情，项目需要从初期追求速度快读搭建选择PHP到后期项目扩大不得不从性能上考虑转JAVA。随着对PHP的使用深入这种爱恨之深也就愈发明显。
尤其业内的php使用大咖，如Facebook、新浪微博等几十万台服务器的超大型规模网站。PHP语言性能问题就更加严重了。如果能对现有的PHP程序可以提升一部分性能，将会节约大量的服务器资源。所以就出现了为Facebook量身定做的PHP优化引擎HHVM，实际项目中使用HHVM可以提近70%的性能。然而HHVM虽然有快速的执行性能，但是其特定用途优化的设计，只能满足小部分的开发者。PHP官方也注意到了这个问题，所以就有了PHP7的开发计划。最新公布的PHP7-alpha在WordPress项目中测试的表现已经超越了HHVM。未来PHP将会同时具备极高的开发效率和极高的性能，再结合Swoole做异步编程，PHP势必会更加流行。
本文简单介绍一下PHP7做了哪些优化，可以提升如此多性能。

内存使用减少

一 zval使用栈内存(从24位缩减至16位)

在Zend引擎和扩展中，经常要创建一个PHP的变量，底层就是一个zval指针。之前的版本都是通过MAKE_STD_ZVAL动态的从堆上分配一个zval内存。而PHP7可以直接使用栈内存。PHP代码中创建的变量也进行了优化，PHP7直接在栈内存上预分配zval。这样节约了大量内存分配和内存管理的操作。
PHP5
zval *val; MAKE_STD_ZVAL(val);
PHP7
zval val;

二 hashtable桶内直接存数据(从72位减少至56位)

PHP5的hashtable每个元素都是一个 Bucket ，而PHP7直接存Bucket，减少了内存申请次数，提升了Cache命中率和内存访问速度。

性能提升

三 zend_string存储hash值，array查询不再需要重复计算hash

PHP7为字符串单独创建了新类型叫做zend_string，除了char 指针和长度之外，增加了一个hash字段，用于保存字符串的hash值。PHP中array是核心数据结构，PHP程序中往往都有大量的$array[$key]操作，虽然hashtable查找的时间复杂度是O(1)，但$key要转为hash值是要经过计算的。不仅仅是array操作，实际上PHP底层对于类属性、类方法、函数，访问时都要先通过hashtable查找到对应的指针，再执行对应的操作。PHP7之前Zend引擎会有大量的CPU时间用于计算hash值。
实际上PHP程序运行起来之后，大部分情况下$key的值都是不变的。PHP7干脆将这个hash值保存起来，下次直接使用，这样就节省了大量的hash计算操作.
网上看了下有人做的数组性能测试：

Paste_Image.png

四 zend_parse_parameters改为宏实现

PHP的C扩展函数与PHP中的变量进行参数输入时，要使用zend_parse_parameters()函数，这个函数根据一个字符串参数找到对应PHP的zval指针，然后进行赋值。 这个函数实际上有一定的性能消耗。PHP7直接使用宏替换了zend_parse_parameters函数，C扩展中不再需要使用zend_parse_parameters进行逐个参数的查找，宏展开后自动会实现参数赋值。仅此一项就提升了5%的性能。

五 新增加4种OPCODE

很多PHP程序中会大量使用call_user_function, is_int/string/array, strlen , defined 函数。PHP5 都是以扩展函数的方式提供，PHP7中这4类函数改成ZendVM的OPCODE指令，执行更快。

六 其他更多优化

除了上面5个主要优化点之外，PHP7还有其他更多的细节性能优化。如基础类型int、float、bool等改为直接进行值拷贝，排序算法改进，PCRE with JIT，execute_data和opline使用全局寄存器等等。PHP7对性能的优化会继续进行下去。
PHP7-alpha相比PHP5.6性能提升了近3倍。

PHP7的新特性

除了性能优化外，PHP7新增加了2项重要的新特性。

1.变量类型

PHP7版本函数的参数和返回值增加了类型限定。为什么PHP要加入类型，实际上此项特性是为了PHP7.1版本的JIT特性做准备，增加类型后PHP JIT可以准确判断变量类型，生成最佳的机器指令。
function test(int $a, string $b, array $c) : int {
//code
}

2.错误异常

PHP程序出错后过去Zend引擎会发生致命错误并终止程序运行，PHP7可以使用try/catch捕获错误。底层使用Exeception代替了Fatal Error。这个特性表示PHP语言正在向一个更加规范的方向发展。应用层与底层在错误抛出的方式全部统一为异常。
try {
non_exists_func();
} catch (EngineException $e) {
echo "Exception: {$e->getMessage()}\n";
}

3. 匿名类

$test = new class("Hello World") {
public function __construct($greeting) {
$this->greeting = $greeting;
}
};

PHP7与JIT

最初PHP7性能优化的方向并不是以上所讲的，而是JIT。JIT是just in time的缩写，表示运行时将指令转为二进制机器码。Java语言的JVM引擎底层就是使用JIT将Java字节码编译为二进制机器码执行。PHP7开发过程中有一个中间版本是基于JIT，后来开发组发现使用JIT后，对于实际项目并没有有太大的性能提升，所以PHP7最终放弃了JIT方案，PHP7.0-final版本不会携带JIT特性。
但如果是密集计算类程序就不同了，使用JIT将PHP OpCode编译为机器码，运算的性能会大幅提升。PHP官方开发组在2014年底重启了JIT的开发工作。
PHP的异步网络通信扩展Swoole
PHP在大部分程序员印象中都是用来做Web网站的。PHP没有像Python的Twisted、Tornado，Java的Netty、Mina，JavaScript的Node.js等框架，无法实现异步网络通信程序。PHP的Swoole扩展就是为了弥补此项缺陷而诞生的开源项目。Swoole是一个标准的PHP扩展，为PHP提供了一系列异步IO、事件驱动、并行数据结构功能。
Swoole与Node.js非常相似，不同之处是Swoole在并行提供了底层支持。Node.js是一个单进程单线程的程序，在多核服务器上无法发挥全部CPU核的计算能力。需要程序员自行使用child_process/cluster扩展或者启动多实例，使程序能够利用到多核优势。而Swoole在底层就支持了多线程/多进程，程序启动后就会创建好多个IO线程和多个Worker进程。程序员仅需配置线程/进程数量即可。
使用Swoole开发的TCP服务器程序：
$serv = new swoole_server("127.0.0.1", 9501);
$serv->on('connect', function ($serv, $fd){
echo "Client:Connect.\n";
});
$serv->on('receive', function ($serv, $fd, $from_id, $data) {
$serv->send($fd, $data);
});
$serv->on('close', function ($serv, $fd) {
echo "Client: Close.\n";
});
$serv->start();
Swoole同样也内置了http_server和WebSocket服务器的支持。swoole_http_server与传统的php-fpm不同，它是在PHP内进行事件循环的，基于swoole_http_server完全可以开发出类似Java应用服务器一样，可以控制完整对象生命周期的程序。swoole_http_server天然支持异步IO，可以很方便的实现支持大量TCP连接的Comet服务。swoole_websocket_server可以用来实现支持Web实时推送的程序。
使用Swoole的Web服务器程序：
$http = new swoole_http_server("0.0.0.0", 9501);
$http->on('request', function ($request, $response) {
$response->header("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
$response->end("
Hello Swoole. #".rand(1000, 9999)."
");
});
$http->start();

PHP的未来

可以预见PHP语言未来会在性能方面有明显的提升，越来越接近C/C++、Java等静态编译语言。再加上Swoole扩展，PHP的使用范围可以扩展到移动通信、云计算、网络游戏、物联网、车联网、智能家居等领域。
PHP虽然未必是最好的编程语言，但PHP在向着这个方向在发展。

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