摘要：但在密集計算方面比等靜態編譯語言差幾十倍甚至上百倍。一使用棧內存在引擎和擴展中，經常要創建一個的變量，底層就是一個指針。代碼中創建的變量也進行了優化，直接在棧內存上預分配。應用層與底層在錯誤拋出的方式全部統一為異常。

原文：http://rango.swoole.com/archives/440
最近PHP官方終于發布了傳說中的PHP7，雖然只是alpha版。PHP7號稱是新一代的PHP，官方開發組對Zend引擎底層做了大量修改來優化PHP的性能。可以說PHP7這個版本的主題就是性能優化。

在過去PHP一直以開發效率快著稱，而語言本身的性能較差（當然比Python，Ruby還是要快一些的）。普通的Web網站都是IO密集型的程序，瓶頸在MySQL上，所以體現不出PHP的性能劣勢。但在密集計算方面比C/C++、Java等靜態編譯語言差幾十倍甚至上百倍。另外使用設計非常復雜的開發框架，如Symfony、Laravel等，程序性能也會明顯下降。

現在隨著PHP越來越流行，像Facebook、新浪微博這樣超大型規模的網站都在使用PHP。PHP語言性能問題就越來越嚴重了。Facebook有幾十萬臺服務器，如果現有的PHP程序可以提升一部分性能，將會節約大量的服務器資源。所以就有了HHVM、Hack。Hack為PHP增加了類型，HHVM是一個重新設計的PHP引擎，實際項目中使用HHVM可以提近70%的性能。實際項目70%性能提升這是一個什么概念？騰訊QQ農場最初使用PHP開發，后因為性能問題使用C語言重構，完成后性能提升了100%。

PHP官方也注意到了這個問題，所以就有了PHP7的開發計劃。最新公布的PHP7-alpha在WordPress項目中測試的表現已經超越了HHVM。未來PHP將會同時具備極高的開發效率和極高的性能，再結合Swoole做異步編程，PHP勢必會更加流行。

本文簡單介紹一下PHP7做了哪些優化，可以提升如此多性能。

一 zval使用棧內存
在Zend引擎和擴展中，經常要創建一個PHP的變量，底層就是一個zval指針。之前的版本都是通過MAKE_STD_ZVAL動態的從堆上分配一個zval內存。而PHP7可以直接使用棧內存。PHP代碼中創建的變量也進行了優化，PHP7直接在棧內存上預分配zval。這樣節約了大量內存分配和內存管理的操作。

PHP5

zval *val; MAKE_STD_ZVAL(val);
PHP7

zval val;
二 zend_string存儲hash值，array查詢不再需要重復計算hash
PHP7為字符串多帶帶創建了新類型叫做zend_string，除了char *指針和長度之外，增加了一個hash字段，用于保存字符串的hash值。PHP中array是核心數據結構，PHP程序中往往都有大量的$array[$key]操作，雖然hashtable查找的時間復雜度是O(1)，但$key要轉為hash值是要經過計算的。不僅僅是array操作，實際上PHP底層對于類屬性、類方法、函數，訪問時都要先通過hashtable查找到對應的指針，再執行對應的操作。PHP7之前Zend引擎會有大量的CPU時間用于計算hash值。

實際上PHP程序運行起來之后，大部分情況下$key的值都是不變的。PHP7干脆將這個hash值保存起來，下次直接使用，這樣就節省了大量的hash計算操作，PHP的hashtable與C數組的性能一致。

從實際項目進行callgrind性能分析，會發現alloc和hash 2項操作就占用了相當大比例的CPU時間。PHP7優化之后這2項操作占用的CPU時間降低了非常多。（注：zend_hash仍然占12%，因為整體CPU降低了，所以總的耗時降低了不少）

三 hashtable桶內直接存數據
PHP5的hashtable每個元素都是一個 Bucket *，而PHP7直接存Bucket，減少了內存申請次數，提升了Cache命中率和內存訪問速度。

四 zend_parse_parameters改為宏實現
PHP的C擴展函數與PHP中的變量進行參數輸入時，要使用zend_parse_parameters()函數，這個函數根據一個字符串參數找到對應PHP的zval指針，然后進行賦值。 這個函數實際上有一定的性能消耗。PHP7直接使用宏替換了zend_parse_parameters函數，C擴展中不再需要使用zend_parse_parameters進行逐個參數的查找，宏展開后自動會實現參數賦值。僅此一項就提升了5%的性能。

五 新增加4種OPCODE
很多PHP程序中會大量使用call_user_function, is_int/string/array, strlen , defined 函數。PHP5 都是以擴展函數的方式提供，PHP7中這4類函數改成ZendVM的OPCODE指令，執行更快。

六 其他更多優化
除了上面5個主要優化點之外，PHP7還有其他更多的細節性能優化。如基礎類型int、float、bool等改為直接進行值拷貝，排序算法改進，PCRE with JIT，execute_data和opline使用全局寄存器等等。PHP7對性能的優化會繼續進行下去。

PHP7-alpha相比PHP5.6性能提升了近3倍。下面是WordPress在PHP7上的表現：

PHP7的新特性
除了性能優化外，PHP7新增加了2項重要的新特性。

變量類型
PHP7版本函數的參數和返回值增加了類型限定。為什么PHP要加入類型，實際上此項特性是為了PHP7.1版本的JIT特性做準備，增加類型后PHP JIT可以準確判斷變量類型，生成最佳的機器指令。

function test(int $a, string $b, array $c) : int {
//code
}

錯誤異常
PHP程序出錯后過去Zend引擎會發生致命錯誤并終止程序運行，PHP7可以使用try/catch捕獲錯誤。底層使用Exeception代替了Fatal Error。這個特性表示PHP語言正在向一個更加規范的方向發展。應用層與底層在錯誤拋出的方式全部統一為異常。

try {
non_exists_func();
} catch (EngineException $e) {
echo "Exception: {$e->getMessage()} ";
}

匿名類
$test = new class("Hello World") {
public function __construct($greeting) {
$this->greeting = $greeting;
}
};
PHP7與JIT
最初PHP7性能優化的方向并不是以上所講的，而是JIT。JIT是just in time的縮寫，表示運行時將指令轉為二進制機器碼。Java語言的JVM引擎底層就是使用JIT將Java字節碼編譯為二進制機器碼執行。PHP7開發過程中有一個中間版本是基于JIT，后來開發組發現使用JIT后，對于實際項目并沒有有太大的性能提升，所以PHP7最終放棄了JIT方案，PHP7.0-final版本不會攜帶JIT特性。

但如果是密集計算類程序就不同了，使用JIT將PHP OpCode編譯為機器碼，運算的性能會大幅提升。PHP官方開發組在2014年底重啟了JIT的開發工作。

PHP的異步網絡通信擴展Swoole
PHP在大部分程序員印象中都是用來做Web網站的。PHP沒有像Python的Twisted、Tornado，Java的Netty、Mina，JavaScript的Node.js等框架，無法實現異步網絡通信程序。PHP的Swoole擴展就是為了彌補此項缺陷而誕生的開源項目。Swoole是一個標準的PHP擴展，為PHP提供了一系列異步IO、事件驅動、并行數據結構功能。

Swoole與Node.js非常相似，不同之處是Swoole在并行提供了底層支持。Node.js是一個單進程單線程的程序，在多核服務器上無法發揮全部CPU核的計算能力。需要程序員自行使用child_process/cluster擴展或者啟動多實例，使程序能夠利用到多核優勢。而Swoole在底層就支持了多線程/多進程，程序啟動后就會創建好多個IO線程和多個Worker進程。程序員僅需配置線程/進程數量即可。

使用Swoole開發的TCP服務器程序：

$serv = new swoole_server("127.0.0.1", 9501);

$serv->on("connect", function ($serv, $fd){
echo "Client:Connect. ";
});

$serv->on("receive", function ($serv, $fd, $from_id, $data) {
$serv->send($fd, $data);
});

$serv->on("close", function ($serv, $fd) {
echo "Client: Close. ";
});

$serv->start();
Swoole同樣也內置了http_server和WebSocket服務器的支持。swoole_http_server與傳統的php-fpm不同，它是在PHP內進行事件循環的，基于swoole_http_server完全可以開發出類似Java應用服務器一樣，可以控制完整對象生命周期的程序。swoole_http_server天然支持異步IO，可以很方便的實現支持大量TCP連接的Comet服務。swoole_websocket_server可以用來實現支持Web實時推送的程序。

使用Swoole的Web服務器程序：

$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的未來
可以預見PHP語言未來會在性能方面有明顯的提升，越來越接近C/C++、Java等靜態編譯語言。再加上Swoole擴展，PHP的使用范圍可以擴展到移動通信、云計算、網絡游戲、物聯網、車聯網、智能家居等領域。

PHP雖然未必是最好的編程語言，但PHP在向著這個方向在發展。