PHP7和HHVM的性能對比

今天就跟大家聊聊有關PHP7和HHVM的性能對比，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

HHVM（HipHop Virtual Machine）的起源

HHVM是一個開源的PHP虛擬機，使用JIT的編譯方式以及其他技術，讓PHP代碼的執行性能大幅提升。據傳，可以將當前版本的原生PHP代碼提升5-10倍的執行性能。

HHVM起源于Facebook公司，Facebook早起的很多代碼是使用PHP來開發的，但是，隨著業務的快速發展，PHP執行效率成為越來越明顯的問題。為了優化執行效率，Facebook在2008年就開始使用HipHop，這是一種PHP執行引擎，最初是為了將Fackbook的大量PHP代碼轉成 C++，以提高性能和節約資源。使用HipHop的PHP代碼在性能上有數倍的提升。后來，Facebook將HipHop平臺開源，逐漸發展為現在的HHVM。

1. PHP為什么慢？

PHP的慢是相對于C/C++級別的語言來說，事實上，PHP語言最初的設計，就不是用來解決計算密集型的應用場景。我們可以這樣粗略理解為，PHP為了提升開發效率，而犧牲了執行效率。

我們知道PHP一個很大的特點，就是弱類型特性，也就是說，我可以隨意定義一個變量，然后給它隨意賦值為各種類型的數據。以一個int整型數字為例子，在C語言中：

int num = 200; // 通常是4字節

但是，如果是PHP定義了一個同樣的變量，實際對應的存儲結構則是：

這個結構體將會占據遠比C變量多得多的內存，PHP中定義方式如下：

$a = 200;//這變量將實際占用對比C變量很多倍的存儲空間。

其實對PHP來說，無論存儲什么類型的數據，都是用上述“通殺”的結構體實現。為了兼容PHP程序員的變量類型“亂入”，PHP做到了對開發者的友好，但是對執行引擎很殘酷。單個變量內存消耗可能還不明顯，一旦用到PHP的數組等，則復雜度指數上升（數組的實現是HashTable）。然后，Zend引擎執行時，將這些PHP代碼編譯為opcode（PHP的中間字節碼，格式有點類似于匯編），由Zend引擎逐行解釋執行。

無論是字符串的連接操作，還是數組的簡單修改等，幾乎都是“PHP程序員一句話，Zend引擎跑斷腿”的節奏。因此，同樣的操作，對比C來說，PHP消耗了更多的CPU和內存等系統資源。除此之外，還有內存自動回收、變量類型判斷等等，都會增加系統資源的消耗。

原生的sort耗時3.44 ms，而我們自己實現的PHP函數sort則是68.79 ms。我們發現，兩者執行效率差距巨大。我的測試方式，是計算函數執行前后的時間間隔，而不是整個PHP腳本從啟動到結束的時間。PHP腳本啟動和關閉過程，本身有著一系列的初始化和清理工作，也會占據不少的耗時。

通常情況下，PHP執行效率的排行是：

1. 最快的是PHP語言結構（isset、echo等），PHP語言的一部分（它們根本不是函數）。
2. 然后比較快的就是PHP的原生和拓展函數。PHP拓展，基于Zend API之上，用C實現的功能，執行效率和C++/Java是屬于同一個數量級的。
3. 真正慢的就是，我們通過PHP自己寫的代碼和函數。例如，假如我們使用的比較重的純PHP實現的框架，因為框架本身的模塊很多，所以，會明顯拖累語言層面的執行效率，同時占據更多的內存。（國內的Yaf框架，以拓展的方式實現，因此執行效率遠快于純PHP寫的框架）

在一般情況下，我們并不推薦用過PHP實現邏輯復雜計算類型的功能，尤其是Web系統流量比較大的場景下。因此，PHP程序員應該對PHP的各種原生函數和各類拓展有一個比較廣泛的了解，在具體的功能實現場景中，尋求更原生的解決方案（原生接口或者拓展），而不是自己寫一堆復雜的PHP代碼來實現這類型功能。

如果有足夠的PHP拓展開發實力，將這類型業務功能重寫為一個PHP拓展，也會大幅提升代碼的執行效率。這是一個非常不錯的方式，也被廣泛應用PHP優化中。但是，自己編寫的PHP業務拓展的缺點也很明顯：

1. 拓展開發耗時比較長，需求變更的時候修改也復雜，寫得不好可能會影響Web服務穩定性。（例如，在Apache的worker模式下，多線程場景下掛掉，會影響同一個進程下的其他正常子線程。如果是多線程的Web模式，編寫拓展還需要支持線程安全）
2. 拓展在PHP版本升級的時候，可能需要做額外的兼容工作。
3. 人員變動后的維護和接手成本也比較高。

實際上，在互聯網一線企業中，更常見的解決方案，并非增加PHP拓展，而用C/C++獨立寫一個服務server，然后PHP通過socket和服務server通信來完成業務處理，并不將PHP本身和業務耦合在一起。

不過，Web服務大部分的性能瓶頸都在網絡傳輸和其他服務server的耗時上（例如MySQL等），PHP執行的耗時在整體耗時的占用比例非常小，所以從業務角度來說，影響可能并不明顯。

2. HHVM提升PHP執行性能的方式

HHVM提升PHP性能的途徑，采用的方式就是替代Zend引擎來生成和執行PHP的中間字節碼（HHVM生成自己格式的中間字節碼），執行時通過JIT（Just In Time，即時編譯是種軟件優化技術，指在運行時才會去編譯字節碼為機器碼）轉為機器碼執行。Zend引擎默認做法，是先編譯為opcode，然后再逐條執行，通常每條指令對應的是C語言級別的函數。如果我們產生大量重復的opcode（純PHP寫的代碼和函數），對應的則是Zend多次逐條執行這些C代碼。而JIT所做的則是更進一步，將大量重復執行的字節碼在運行的時候編譯為機器碼，達到提高執行效率的目的。通常，觸發JIT的條件是代碼或者函數被多次重復調用。

普通的PHP代碼，因為無法固定變量的類型，需要額外添加判斷類型的邏輯代碼，這樣PHP代碼是不利于CPU執行和優化的。因此，HHVM通常需要用到Hack寫法（為了兼容某種特性而額外添加的技巧性質的代碼）的PHP代碼來“配合”，就是為了讓變量類型固定，方便虛擬機編譯執行。PHP追求以一種形式來容納一切類型，而Hack則可以將被容納的一切標記上確定的類型。

PHP代碼的Hack寫法的例子：

上面的例子中，PHP代碼主要被添加上了變量類型。Hack寫法的總體方向，就是將之前“動態”的寫法變為“靜態”的寫法，來配合HHVM。

HHVM因為它的高性能而吸引了不少人的關注，一些一線互聯網公司也開始跟進使用。從純語言執行性能測試結果來看，HHVM領先了開發中的PHP7版本不少。

不過，從具體業務場景來看，HHVM和PHP7的差距并沒有那么大，以WordPress開源博客首頁為測試場景的結果中，他們目前的差距并不明顯。

但是，PHP7目前還在開發中，就已經可用的技術方案來看，目前的HHVM略勝一籌。不過，HHVM的部署和應用都存在一些的問題：

1. 服務部署比較復雜，有一定維護成本。
2. 對PHP原生代碼并非完整支持，PHP拓展也需要做適當的兼容。
3. HHVM是個新虛擬機，長時間運行有內存泄露。（據說，一線互聯網公司在應用這個技術時，是通過自己打Patch的方式解決內存泄露）

HHVM畢竟是一個相對比較新的開源項目，發展到成熟仍然需要一定時間。

PHP7的性能革新

PHP長期以來飽受批評的性能問題，將會在這個版本得到大幅度的改善。版本中間沒有PHP6哈，據說，是因為這個版本曾經立過項目，后來大部分功能都在5.x的版本里實現了，為了避免混淆，下一個大版本直接就是PHP7。（幾年以前，我還看到過關于PHP6的書籍。）

1. PHP7的介紹

雖然PHP7的正式版本可能要到2015年的10月份才發布，不過明年6月份應可以看見一個測試版本了，之后是3-4個月的質量保證。

PHP社區的項目計劃如下：

因為項目仍然處于開發中的原因，從表格中，可以看見的特性描述都比較模糊。肯定有更多的其他特性，只是尚未公布。下面的這些，是從PHP社區看見的，因為PHP7是一個開發中的項目，下面的這些也不一定準確，不過，不妨礙我們一起來看看。

1. PHPNG（PHP next generation，下一代PHP），對Zend執行引擎本身的各種性能優化，其中JIT，可能會實現在Zend Opcache組件中。
2. AST（Abstract Syntax Tree，抽象語法樹），目的是在PHP編譯過程引入一個中間件，替代直接從解釋器吐出opcode的方式。讓解釋器和編譯器解耦，可以減少大量Hack代碼，同時，讓實現更容易理解和維護。
3. uniform variable syntax（統一變量語法），引入一種內部一致和完整的變量語法，讓PHP的解析器更完整地支持各種類型的變量。部分變量的用法需要調整，例如變量的變量$$a等。
4. 支持integer semantics（整型語義），例如NaN、Infinity、<<、>>，修正list()的一致性等等。

上面的特性中，最令人期待的就是PHPng的性能優化，PHP社區已經放出了一些性能的測速數據。從數據上看，PHPng的執行性能比起項目啟動之初，已經有接近1倍的提升。這個成績已經非常不錯，況且，最關鍵的是PHP7的優化計劃還有很多尚未完成。等到都全部完成了，相信我們可以看見一個性能更高的PHP7。

這測速數據是來自于PHP社區（wiki.php.net/phpng），截取了一部分的數據：

對其當前PHP5.6版本，PHPNG的10月份性能提升已經非常明顯了：

簡單翻譯下：

• 綜合測試速度提升35%。
• 在實際應用場景有20%-70%的速度提升（WordPress首頁有60%的提升）
• 更少的內存消耗
• 支持大部分常用的SAPIs
• 支持大部分的PHP拓展綁定到資源分配（69個完成，6個待遷移）
• 提供堪比HHVM3.3.0的執行速度

2. PHP的弱類型爭議

PHP被爭議的特點很多，但是隨著語言版本的發布和完善，功能和特性方面的批評開始變少了。但是，PHP的“弱類型”特性，卻明顯受到更多的爭議，從HHVM通過Hack的方式直接“去掉”了“弱類型”特性可以看出，HHVM并不喜歡“弱類型”特性。然而，在我們很多PHP程序員的眼中，這卻是PHP的重要優點之一。PHP里的變量被設計得隨性和飄逸，海納百川，一切皆可包容，不是讓語言顯得更為簡單嗎？

實際上，有些人認為它是個嚴重的問題，對于“弱類型”的批評觀點大致如下：

1. 在“嚴謹”的語言中，通常是預先定義好一個變量的類型，自始至終，變量的類型是固定的，使用范圍也是固定。而PHP的變量，通常我們只能看見它名字，類型大部分都不可以預先定義，并且還可以隨意改變。（內存分配不好管理）
2. 為了兼容弱類型特性，PHP需要實現大量兼容代碼，包括類型判斷、類型轉換、存儲方式等，增加了語言內部的復雜度。（執行效率低下）
3. 變量的類型是不可控的，在執行過程中存在大量的“隱性類型轉換”，容易產生不可預知的結果。（這里的確需要強調，PHP的類型轉換是個必須掌握的點，各種類型的互相轉換的可能會產生很多問題，尤其是初學PHP的同學哈）

他們認為，這些都不符合“所見即所得”的簡單性，而語法嚴謹的語言更高效率，也更容易“理解”。

受到類似批評的還有Javascript等語言，因為它在這個問題上的表現是一樣的。但是，一門語言最終被大規模使用，必然有它們的道理。PHP成為Web服務開發的首選腳本語言，Javascript則直接稱霸Web前端領域，能走到這一步都不可能是偶然因素，開發者們用腳投票選擇了它們。編程語言是人類和機器溝通的橋梁，終極追求是實現“人人皆可編程”的宏偉目標。

縱觀語言發展歷史，從0和1的機器碼開始，到匯編語言，然后到C語言，再到動態腳本語言PHP。執行效率呈指數下降，但是，學習門檻也呈指數降低。PHP語言不僅屏蔽了C的內存管理和指針的復雜性，而且更進一步屏蔽了變量類型的復雜性。提升了項目開發的效率，降低了學習的門檻，但同時犧牲了一定的執行性能。然后，HHVM的Hack給我們一種“回歸原始”的感覺，重新引入了變量的復雜性。當然，不同的語言解決不同場景下的問題，并不能夠一概而論。

看完上述內容，你們對PHP7和HHVM的性能對比有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。