詳解PHP7 性能翻倍的關鍵
- *文原創
- 2018-01-05 13:14:441704瀏覽
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PHP 7是十年來的首次大改版，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HHVM虛擬機下的PHP程式效能更快。
HHVM 是臉書為自家網站特性而量身客製的PHP最佳化機制，不見得適用任何網站。但Rasmus Lerdorf表示，新版目標之一就是要讓任何網站開發者，就連使用開發框架Drupal、開源電子商務系統Opencart時，都能有不輸使用HHVM 技術的效能。在新版發表前夕，他也趁著台參加PHPConf Taiwan年會時，分享PHP 7效能大突破的關鍵。
一個20年來歷經了多次改版和無數次優化的成熟語言，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並非修改部分程式就達到如此的成果。反而是，透過大量細節優化與效能累積 後，PHP 7才具備了不輸HHVM的執行效能。
Rasmus Lerdorf與PHP核心貢獻團隊花了許多心臟減少程式運作時移動的記憶體位數，由此加速執行的效能。例如，PHP中儲存變數的資料架構zval從24位元 縮減至16位元、Hashtable從72位元減少至56位，並檢視PHP中的函數，思考有無任何改進效能的空間。
除了從減少記憶體的使用著手外，Rasmus Lerdorf更檢視CPU的Cache line的運作原理，了解程式碼如何與CPU互動、編譯程式如何在新CPU架構下編譯程式碼等細節，確保PHP 7的程式碼符合現代CPU的架構。雖然每個專案的最佳化對效能貢獻都低於0.5%，但由於優化的專案很多，或是某項改善的功能會被應用程式反覆呼叫，整體 修正的綜效結果就能有如此大的進展。
受HHVM刺激，決定打造兼具性能與功能的PHP
Facebook為了優化PHP運作，搭配JIT編 譯而打造出虛擬機HHVM。而HHVM雖然擁有快速的執行性能，其為特定用途優化的設計，只能滿足小部分的開發者。反之，Rasmus Lerdorf除了想提升PHP的效能表現外，也想要同時滿足高階使用者以及業餘使用者的需求，讓PHP 7成為兼備效能表現及通用功能的程式語言。
然而，開發符合市場上少數人使用的程式語言並不是難事，但是PHP專案瞄準許多對象，必須同時符合業餘使用者及專業開發者需求的原則下，開發難以面面俱到，因為總是會有部分族群的需求無法被滿足，「這就像拿水管大範圍的噴灑，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。」Rasmus Lerdorf比喻。
不使用外掛框架的PHP的運算效能表現都很優異，但是受到外加框架的影響，原本可以在數秒內處理上千個網頁要求的PHP，效能大幅下降，變成只能處理數十個要求。 Rasmus Lerdorf表示，在HHVM出現之前，相較於對PHP效能表現的要求，使用者比較在意PHP能否降低網頁開發的難度，而這些框架能讓開發者的工作變得 比較簡單。但在Facebook推出HHVM後，引出許多重視PHP效能表現的使用者，讓Rasmus Lerdorf意識到許多使用者有效能表現的需求。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的多執行緒架構並不是很穩固。此外，HHVM的可攜性並不佳，離可以在 Windows平台上運作還有很大一段路，而PHP有很多開發者在Windows環境開發，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，雖然他們曾經考慮過融合兩者，但是，HHVM在使用上有許多的限制。雖然HHVM對Facebook及 許多開發者是非常好的工具，但對於PHP專案來說，HHVM的使用範疇還不夠寬廣，只能符合Facebook或是Wikipedia等特定專案的需求。
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。 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，並且在程序運作前，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，否則效能會大大的降低。
在一般的程式語言的編譯中加入JIT已屬不易，Rasmus Lerdorf表示，由於PHP的動態屬性（dynamic）讓加入JIT是難上加難。他舉例，開發者宣告參數$a值為1，但不代表程式所有的$ a的值都為1，由於PHP中參數值可以很輕易地重新定義。在C語言中，當開發者宣告參數a為整數，則a永遠為整數。如果程式中有任何地方宣告a是整數以外 的型別，連編譯都無法執行。而因為C語言此種強型別的程式語言，「JIT可以預測變數a為整數，但是在PHP中，我們沒有這種奢侈。」他解釋，HHVM的做法為當JIT得知a是整數型別後，則假設a永遠為整數。
而HHVM為了在使用JIT編譯，某種程度上受限了PHP的發展。 HHVM的使用者 必須清楚宣告變數的性質，但使用PHP的開發者，可以先宣告沒有性質的類別（Class），後續指定類別的變數屬性。 「在沒有任何限制下，將JIT加 入PHP是我們要做的事。」他表示，PHP必須顧及Wordpress、Drupal等框架的開發者，不能任意停止對此些框架的支援。故與HHVM相 比，PHP在打造JIT的條件限制較多。
但是，「這不代表我們不能做JIT。此外，我們也要控制PHP的發展走向。」Rasmus Lerdorf表示。
目前，PHP核心貢獻者之一的Dmitry Stogov開發一個原型JIT，並且使用某些實驗性的應用程式去測試運作。 Rasmus Lerdorf表示，如果將此JIT用於執行某些重複性的運算或是循環程序，得以讓PHP 7性能再快上10倍。
不過他也坦承，當此實驗性的JIT用於Wordpress時，並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，而是能在在真實世界中運作的JIT。因為PHP一直都抱持著如此的理想，試圖解決人們生活中的問題，並且能真實世界中在線環境中運作，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小時開發PHP。但目前他已經逐漸減少投入開發，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，不如激勵遠比我聰明，又願意一天花十八小時寫程式的人去開發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式碼，「任何在成長中的專案都不應該由一個開發者主導，老舊的程式碼應該被新的程式碼取代。」而他認為，其他開發者應該以此為目標。
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