PHP 7性能為何能翻倍？究竟關鍵因素是什么？

2017年02月17日，PHP 7.1.2發(fā)布。PHP7是PHP編程語言的一個主要版本，并號稱是開發(fā)Web應用程序的一次革命，可開發(fā)和交付移動企業(yè)和云應用。此版本被認為是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facebook(純PHP開發(fā)的世界級大型網(wǎng)站)的HHVM虛擬機下的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)化機制，不見得適用任何網(wǎng)站。但Rasmus Lerdorf表示，PHP7的目標之一就是要讓任何網(wǎng)站開發(fā)者，就連使用開發(fā)框架Drupal、開源電子商務系統(tǒng)Opencart時，都能有不輸使用HHVM 技術的性能。

一個20年來歷經(jīng)了多次改版和無數(shù)次優(yōu)化的成熟語言，還能有性能提高一倍的突破絕非易事，Rasmus Lerdorf坦言，不像一般新項目多半容易找出許多改進空間，新版PHP并非修改部分程序就達到了如此的成果。反而是，透過大量細節(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核心貢獻團隊花了許多心力減少程序運作時搬動的內(nèi)存位數(shù)，由此加速執(zhí)行的性能。例如，PHP中儲存變量的數(shù)據(jù)架構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，思考有無任何改進性能的空間。

除了從減少內(nèi)存的使用著手外，Rasmus Lerdorf更檢視CPU的Cache line的運作原理，了解程序代碼如何與CPU互動、編譯程序如何在新CPU架構下編譯程序代碼等細節(jié)，確保PHP 7的程序代碼符合現(xiàn)代CPU的架構。雖然每個項目的優(yōu)化對性能貢獻都低于0.5%，但由于優(yōu)化的項目很多，或是某項改善的功能會被應用程序反復呼叫，整體修正的綜效結果就能有如此大的進展。

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運作，搭配JIT編譯而打造出虛擬機HHVM。而HHVM雖然擁有快速 的執(zhí)行性能，其為特定用途優(yōu)化的設計，只能滿足小部分的開發(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言。

然而，開發(fā)符合市場上少部分人使用的程序語言并不是難事，但是PHP項目瞄準許多對象，必須同時符合業(yè)余使用者及專業(yè)開發(fā)者需求的原則下，開發(fā)難以面面俱 到，因為總是會有部分族群的需求無法被滿足，「這就像拿水管大范圍的噴灑，而每個人衣服都會被水沾濕一點，但是不會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)處理上千個網(wǎng)頁要求的PHP，性能大幅下降，變?yōu)橹荒芴幚頂?shù)十 個要求。Rasmus Lerdorf表示，在HHVM出現(xiàn)之前，相較于對PHP性能表現(xiàn)的要求，使用者比較在意PHP能否降低網(wǎng)頁開發(fā)的難度，而這些框架能讓開發(fā)者的工作變得 比較簡單。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意識到許多使用者有性能表現(xiàn)的需求。他開始思考如何將HHVM的JIT架構與PHP融合。

但Rasmus Lerdorf表示，PHP與HHVM兩者在架構設計上相當不同，例如，HHVM的多線程架構并不是很穩(wěn)固。此外，HHVM的可移植性并不佳，離可以在 Windows平臺上運作還有很大一段路，而PHP有很多開發(fā)者在Windows環(huán)境開發(fā)，而HHVM無法照顧到那些使用者。

Rasmus Lerdorf表示，他不能放棄PHP的主要架構，雖然他們曾經(jīng)考慮過融合兩者，但是，HHVM在使用上有很多的限制。雖然HHVM對Facebook及 許多開發(fā)者是非常好的工具，但對于PHP項目來說，HHVM的使用范疇還不夠寬廣，只能符合Facebook或是Wikipedia等特定項目的需求。

非強型別語言的PHP，導入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必須學會辨認程序的運作模(Patterns)，例如了解哪些部份為重要的程序代碼，并且在程序運作前，預測程序被呼叫的時 機，或是哪些部分的程序會呼叫。

Rasmus Lerdorf比喻，在許多汽車中，JIT必須能預測哪部分的車子會右轉、哪部分的車子會左轉或是某些顏色汽車會直行，「而JIT必須要全部預測正確，否則性能會大大的降低?！沟牵绻A測正確，程序執(zhí)行性能則會大大提升。

在一般的程序語言的編譯中加入JIT已屬不易，Rasmus Lerdorf表示，由于PHP的動態(tài)屬性(dynamic)讓加入JIT是難上加難。他舉例，開發(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語言中，當開發(fā)者宣告參數(shù)a為整數(shù)，則a永遠為整數(shù)。如果程序中有任何地方宣告a是整數(shù)以外 的類型，連編譯都無法執(zhí)行。而因為C語言此種強型別的程序語言，「JIT可以預測變量a為整數(shù)，但是在PHP中，我們沒有這種奢侈?！顾忉?，HHVM的 做法為當JIT得知a是整數(shù)型別后，則假設a永遠為整數(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的開發(fā)者，可以先宣告沒有性質(zhì)的 類別(Class)，后續(xù)再指定類別的變量屬性?！冈跊]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等框架的開發(fā)者，不能任意停止對此些框架的支持。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核心貢獻者之一的Dmitry Stogov開發(fā)一個原型JIT，并且使用某些實驗性的應用程序去測試運作。Rasmus Lerdorf表示，如果將此JIT用于執(zhí)行某些重復性的運算或是循環(huán)程序，得以讓PHP 7性能又再快上10倍。

不過他也坦承，當此實驗性的JIT用于Wordpress時，并未得到任何加速效果，「我們想要打造的JIT不是要在大學課本上學到的東西，而是能在真實 世界中運作的JIT?！顾硎?。因為PHP一直都抱持如此的理想，試圖解決人們生活中的問題，并且能真實世界中在線環(huán)境中運作，而不只是存在課本中的理 論。

Rasmus Lerdorf表示，在PHP剛問世時，他每天至少花16個小時開發(fā)PHP。但目前他已經(jīng)逐漸減少投入開發(fā)，轉而投注心力在世界各地宣傳及演講。他打趣地 表示：「與其自己開發(fā)，不如激勵遠比我聰明，又愿意一天花十八小時寫程序的人去開發(fā)PHP。」他表示，他的最終目標是PHP中沒有任何一行由他所撰寫的程 序代碼，「任何在成長中的項目都不應該由一個開發(fā)者主導，老舊的程序代碼應該被新的程序代碼替換?！苟J為，其他開發(fā)者應該以此為目標。

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作者：傳智播客PHP培訓學院

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