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PHP7内存优化原理(八)

phpmianshi2年前 (2018-06-09)PHP359

这里面其中的一些主要改变是性能提高的关键,主要有以下内容。


1.zval使用栈内存


在zend引擎和扩展中,经常要创建php变量,其底层就是一个zval指针,之前的php版本都是通过MAKE_STD_ZVAL动态的从堆内存上分配一个zval内存。而php7直接使用栈内存,好处是少了一次内存分配。php程序中回大量创建变量,所以php7会在栈上预分配一块内存来存放这些zval,来节省大量的内存分配和管理操作。


  php5

zval *val ; MAKE_STD_ZVAL(val)

 php7

zval val;


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


  数组是php比较重要的数据结构,php程序中会有大量的array关联查询,虽然hashtable查找的复杂度是O(1),但是key的值每次要转化成一个hash值,需要用一个复杂的hash函数去计算的,这样就会占用cpu时间,不过不光数组,在php底层很多地方都会用到hashtable,比如类的属性方法函数等。其实php程序运行起来大部分key的值是不变的,所以php7就保存了这些hash值下次直接使用,那么php7就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,数据键值查找不再反复需要计算hash值。为了优化数组的键值查找。


Zend/zend_types.h

struct _zend_string {
    zend_refcounted_h gc;
    zend_ulong        h;                /* hash value */
    size_t            len;
    char              val[1];
};

zend_ulong h;就是存储hash值。


3.hashtable桶内直接存放数据,减少了内存申请次数,顺便也提升了cache命中率和访问速度。因为指针不是连续的是分布在不同的内存页上,如果读取第一个或者第三个桶,它们的数据可能会在两个页上。


php7之前

image.png

数据存放是在上图arBuckets这个结构体上,存放了一些bucket * 指针,指针上就是对应了一些数据。php7对这些做了一些改进,如下图。


php7

image.png

 php7将之前arBuckets改成了上图中的arData,而这个arData直接就是一个大块内存,这个内存上面就是一个个桶bucket,这样的好处就是每次数据就不需要动态去申请内存。


 


4.zend_parse_parameters改为宏实现,性能提升15%。


5.新增加4种opcode,call_user_function(),is_int(),is_string(),is_array(),strlen(),defined() 4个函数变为php opcode指令,速度更快。


6.PHP7 的内核中有一个重要的变化是加入了 AST(Abstract syntax tree)抽象语法树,指代码在计算机内存的一种树状数据结构,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,便于计算机理解和解析。

image.png

 在 PHP5系列版本中,从 php 脚本到 opcodes 的执行的过程如下:


词法扫描分析(Lexing):将源文件转换成 token 流;


语法分析(Parsing):生成 op arrays。


 PHP7 中在语法分析阶段先生成 AST:


词法扫描分析(Lexing):将源文件转换成 token 流。


语法分析(Parsing):从 token 流生成抽象语法树。


Compilation:从抽象语法树生成 op arrays。


7.其他更多性能优化,如基础类型 float , int , bool等改成直接进行值拷贝。排序算法改进了,PCER with JIT , execute_data和opline使用全局寄存器,使用gdb4.8的PGO功能。


8.php7与JIT


  最初HHVM退出一个很重要的特性就是JIT,JIT就是just in time的缩写,表示运行时候将指令转换成二进制机器码,我们知道C和C++是将源代码编译然后生成二进制机器码去执行的,而php,python等脚本语言是将源代码转换成中间指令然后在vm(虚拟机)上执行,另外java系语言他们使用的JVM引擎底层也是JIT,是将java的字节码编译成二进制的机器码去执行的。对于计算密集型的的程序,JIT可以将PHP的opcode直接转换成机器码,可以大幅度提升PHP性能。


  不过PHP7.0-final版本中不会带有JIT特性的。


  但是


  为什么php7版本没有使用JIT呢?


  是因为php官方之前有个php中间版本是带有JIT的,后来php官方开发组使用JIT测试时候发现JIT对于实际项目的性能没有太大的性能提升,所以最终放弃使用JIT方案。但后来发现密集计算性的php程序使用JIT后性能还会大幅提升。

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