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深入理解PHP Opcode緩存原理

日期:2017/2/27 15:57:47   编辑:Linux教程
什麼是opcode緩存?
當解釋器完成對腳本代碼的分析後,便將它們生成可以直接運行的中間代碼,也稱為操作碼(Operate Code,opcode)。Opcode cache的目地是避免重復編譯,減少CPU和內存開銷。如果動態內容的性能瓶頸不在於CPU和內存,而在於I/O操作,比如數據庫查詢帶來的磁盤I/O 開銷,那麼opcode cache的性能提升是非常有限的。但是既然opcode cache能帶來CPU和內存開銷的降低,這總歸是好事。

現代操作碼緩存器(Optimizer+,APC2.0+,其他)使用共享內存進行存儲,並且可以直接從中執行文件,而不用在執行前“反序列化”代碼。這將帶來顯著的性能加速,通常降低了整體服務器的內存消耗,而且很少有缺點。

為什麼要使用Opcode緩存?
這得從PHP代碼的生命周期說起,請求PHP腳本時,會經過五個步驟,如下圖所示:
Zend 引擎必須從文件系統讀取文件、掃描其詞典和表達式、解析文件、創建要執行的計算機代碼(稱為Opcode),最後執行Opcode。每一次請求PHP腳本 都會執行一遍以上步驟,如果PHP源代碼沒有變化,那麼Opcode也不會變化,顯然沒有必要每次都重行生成Opcode,結合在Web中無所不在的緩存 機制,我們可以把Opcode緩存下來,以後直接訪問緩存的Opcode豈不是更快,啟用Opcode緩存之後的流程圖如下所示:

有那些PHP opcode緩存插件?
Optimizer+(Optimizer+於2013年3月中旬改名為Opcache,PHP 5.5集成Opcache,其他的會不會消失?)、eAccelerator、xcache、APC ...

PHP opcode原理:
Opcode是一種PHP腳本編譯後的中間語言,就像Java的ByteCode,或者.NET的MSL,舉個例子,比如你寫下了如下的PHP代碼:
<?php
   echo "Hello World";
   $a = 1 + 1;
   echo $a;
?>
PHP執行這段代碼會經過如下4個步驟(確切的來說,應該是PHP的語言引擎Zend)
1.Scanning(Lexing) ,將PHP代碼轉換為語言片段(Tokens)
2.Parsing, 將Tokens轉換成簡單而有意義的表達式
3.Compilation, 將表達式編譯成Opocdes
4.Execution, 順次執行Opcodes,每次一條,從而實現PHP腳本的功能。
題外話:現在有的Cache比如APC,可以使得PHP緩存住Opcodes,這樣,每次有請求來臨的時候,就不需要重復執行前面3步,從而能大幅的提高PHP的執行速度。

那什麼是Lexing? 學過編譯原理的同學都應該對編譯原理中的詞法分析步驟有所了解,Lex就是一個詞法分析的依據表。 Zend/zend_language_scanner.c會根據Zend/zend_language_scanner.l(Lex文件),來輸入的 PHP代碼進行詞法分析,從而得到一個一個的“詞”,PHP4.2開始提供了一個函數叫token_get_all,這個函數就可以講一段PHP代碼 Scanning成Tokens;

如果用這個函數處理我們開頭提到的PHP代碼,將會得到如下結果:
Array
(
    [0] => Array
        (
           [0] => 367
           [1] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => echo
        )
    [2] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [3] => Array
        (
            [0] => 315
            [1] => "Hello World"
        )
    [4] => ;
    [5] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [6] => =
    [7] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [8] => Array
        (
            [0] => 305
            [1] => 1
        )
    [9] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [10] => +
    [11] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [12] => Array
        (
            [0] => 305
            [1] => 1
        )
    [13] => ;
    [14] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [15] => Array
        (
            [0] => 316
            [1] => echo
        )
    [16] => Array
        (
            [0] => 370
            [1] =>
        )
    [17] => ;
)
分析這個返回結果我們可以發現,源碼中的字符串,字符,空格,都會原樣返回。每個源代碼中的字符,都會出現在相應的順序處。而,其他的比如標簽,操作符, 語句,都會被轉換成一個包含倆部分的Array: Token ID (也就是在Zend內部的改Token的對應碼,比如,T_ECHO,T_STRING),和源碼中的原來的內容。
接下來,就是Parsing階段了,Parsing首先會丟棄Tokens Array中的多於的空格,然後將剩余的Tokens轉換成一個一個的簡單的表達式
1.echo a constant string
2.add two numbers together
3.store the result of the prior expression to a variable
4.echo a variable
然後就改Compilation階段了,它會把Tokens編譯成一個個op_array, 每個op_arrayd包含如下5個部分:
1.Opcode數字的標識,指明了每個op_array的操作類型,比如add , echo
2.結果 存放Opcode結果
3.操作數1 給Opcode的操作數
4.操作數2
5.擴展值1個整形用來區別被重載的操作符
比如,我們的PHP代碼會被Parsing成:
* ZEND_ECHO 'Hello World'
* ZEND_ADD ~0 1 1
* ZEND_ASSIGN !0 ~0
* ZEND_ECHO !0
你可能會問了,我們的$a去那裡了?

這個要介紹操作數了,每個操作數都是由以下倆個部分組成:
a)op_type : 為IS_CONST, IS_TMP_VAR, IS_VAR, IS_UNUSED, or IS_CV 
b)u,一個聯合體,根據op_type的不同,分別用不同的類型保存了這個操作數的值(const)或者左值(var)
而對於var來說,每個var也不一樣

IS_TMP_VAR, 顧名思義,這個是一個臨時變量,保存一些op_array的結果,以便接下來的op_array使用,這種的操作數的u保存著一個指向變量表的一個句柄(整數),這種操作數一般用~開頭,比如~0,表示變量表的0號未知的臨時變量

IS_VAR 這種就是我們一般意義上的變量了,他們以$開頭表示

IS_CV 表示ZE2.1/PHP5.1以後的編譯器使用的一種cache機制,這種變量保存著被它引用的變量的地址,當一個變量第一次被引用的時候,就會被CV起來,以後對這個變量的引用就不需要再次去查找active符號表了,CV變量以!開頭表示。

這麼看來,我們的$a被優化成!0了。
參考:http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html
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