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PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析

【编者按】此前,阅读过了很多关于 PHP 性能分析的文章,不过写的都是一条一条的规则,而且,这些规则并没有上下文,也没有明确的实验来体现出这些规则的优势,同时讨论的也侧重于一些语法要点。本文就改变 PHP 性能分析的角度,并通过实例来分析出 PHP 的性能方面需要注意和改进的点。

PHP 性能分析与实验——性能的宏观分析

在上一篇文章中,我们从 PHP 是解释性语言、动态语言和底层实现等三个方面,探讨了 PHP 性能的问题。本文就深入到 PHP 的微观层面,我们来了解 PHP 在使用和编写代码过程中,性能方面,可能需要注意和提升的地方。

在开始分析之前,我们得掌握一些与性能分析相关的函数。这些函数让我们对程序性能有更好的分析和评测。

一、性能分析相关的函数与命令

1.1、时间度量函数

平时我们常用 time() 函数,但是返回的是秒数,对于某段代码的内部性能分析,到秒的精度是不够的。于是要用 microtime 函数。而 microtime 函数可以返回两种形式,一是字符串的形式,一是浮点数的形式。不过需要注意的是,在缺省的情况下,返回的精度只有4位小数。为了获得更高的精确度,我们需要配置 precision。

如下是 microtime 的使用结果。

输出为:

而在代码前面加上一行:

输出为:

除了 microtime 内部统计之外, 还可以使用 getrusage 来取得用户态的事长。在实际的操作中,也常用 time 命令来计算整个程序的运行时长,通过多次运行或者修改代码后运行,得到不同的时间长度以得到效率上的区别。 具体用法是:time phptime.php ,则在程序运行完成之后,不管是否正常结束退出,都会有相关的统计。

因为本文所讨论的性能问题,往往分析上百万次调用之后的差距与趋势,为了避免代码中存在一些时间统计代码,后面我们使用 time 命令居多。

1.2、内存使用相关函数

分析内存使用的函数有两个:memory_ get_ usage、memory_ get_ peak_usage,前者可以获得程序在调用的时间点,即当前所使用的内存,后者可以获得到目前为止高峰时期所使用的内存。所使用的内存以字节为单位。

输出如下:

可以看到,即使程序中间只输出了一句话,再加上变量存储,也消耗了168个字节的内存。

对于同一程序,不同 PHP 版本对内存的使用并不相同,甚至还差别很大。

在 PHP 5.2 中,内存使用如下:

PHP 5.3 中,内存使用如下

可见 PHP 5.3 在内存使用上要粗放了一些。

PHP 5.4 – 5.6 差不多,有所优化:

而 PHP 7 在少量使用时,高峰内存的使用,增大很多。

从上面也看到,以上所使用的 PHP 都有比较好的垃圾回收机制,10万次初始化,并没有随着对象初始化的增多而增加内存的使用。PHP7 的高峰内存使用最多,达到了接近 2M。

下面再来看一个例子,在上面的代码的基础上,我们加上一行,即如下加粗的一行:

代码如下:

这时候再来看看内存的使用情况,中间表格主体部分为内存使用量,单位为字节。

《PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析》

PHP性能分析与实验

图表如下:

《PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析》

PHP性能分析与实验

PHP 5.2 并没有合适的垃圾回收机制,导致内存使用越来越多。而5.3 以后内存回收机制导致内存稳定在一个区间。而也可以看见 PHP7 内存使用最少。把 PHP 5.2 的图形去掉了之后,对比更为明显。

《PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析》

PHP性能分析与实验

可见 PHP7 不仅是在算法效率上,有大幅度的提升,在大批量内存使用上也有大幅度的优化(尽管小程序的高峰内存比历史版本所用内存更多)。

1.3、垃圾回收相关函数

在 PHP 中,内存回收是可以控制的,我们可以显式地关闭或者打开垃圾回收,一种方法是通过修改配置,zend.enable_gc=Off 就可以关掉垃圾回收。缺省情况下是 On 的。另外一种手段是通过 gc _enable()和gc _disable()函数分别打开和关闭垃圾回收。

比如在上面的例子的基础上,我们关闭垃圾回收,就可以得到如下数据表格和图表。

代码如下:

分别在 PHP 5.3、PHP5.4 、PHP5.5、PHP5.6 、PHP7 下运行,得到如下内存使用统计表。

《PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析》

PHP性能分析与实验

图表如下,PHP7 还是内存使用效率最优的。

《PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析》

从上面的例子也可以看出来,尽管在第一个例子中,PHP7 的高峰内存使用数是最多的,但是当内存使用得多时,PHP7 的内存优化就体现出来了。

这里值得一提的是垃圾回收,尽管会使内存减少,但是会导致速度降低,因为垃圾回收也是需要消耗 CPU 等其他系统资源的。Composer 项目就曾经因为在计算依赖前关闭垃圾回收,带来成倍性能提升,引发广大网友关注。详见:

https://github.com/composer/composer/commit/ac676f47f7bbc619678a29deae097b6b0710b799

在常见的代码和性能分析中,出了以上三类函数之外,还常使用的有堆栈跟踪函数、输出函数,这里不再赘述。

二、PHP 性能分析10则

下面我们根据小程序来验证一些常见的性能差别。

2.1、使用 echo 还是 print

在有的建议规则中,会建议使用 echo ,而不使用 print。说 print 是函数,而 echo 是语法结构。实际上并不是如此,print 也是语法结构,类似的语法结构,还有多个,比如 list、isset、require 等。不过对于 PHP 7 以下 PHP 版本而言,两者确实有性能上的差别。如下两份代码:

在 PHP 5.3 中运行速度分别如下(各2次):

在 PHP5.3 版中效率差距10%以上。而在 PHP5.4 以上的版本中,区别不大,如下是 PHP7 中的运行效率。

正如浏览器前端的一些优化准则一样,没有啥特别通用的原则,往往根据不同的情况和版本,规则也会存在不同。

2.2、require 还是 require_once?

在一些常规的优化规则中,会提到,建议使用 require_ once 而不是 require,现由是 require_ once 会去检测是否重复,而 require 则不需要重复检测。

在大量不同文件的包含中,require_ once 略慢于 require。但是 require_ once 的检测是一项内存中的行为,也就是说即使有数个需要加载的文件,检测也只是内存中的比较。而 require 的每次重新加载,都会从文件系统中去读取分析。因而 require_ once 会比 require 更佳。咱们也使用一个例子来看一下。

上面的例子,在 PHP7 中,require_ once.php 的运行速度是 require.php 的30倍!在其他版本也能得到大致相同的结果。

从上可以看到,如果存在大量的重复加载的话,require_ once 明显优于 require,因为重复的文件不再有 IO 操作。即使不是大量重复的加载,也建议使用 require_ once,因为在一个程序中,一般不会存在数以千百计的文件包含,100次内存比较的速度差距,一个文件包含就相当了。

2.3、单引号还是双引号?

单引号,还是双引号,是一个问题。一般的建议是能使用单引号的地方,就不要使用双引号,因为字符串中的单引号,不会引起解析,从而效率更高。那来看一下实际的差别。

在上面的 User 类中,有四个不同的方法,完成一样的功能,就是拼接信息返回,看看这四个不同的方法的区别。

第一个、getUserInfo ,使用双引号和属性相拼接

第二个、getUserInfoSingle ,使用单引号和属性相拼接

可见在拼接中,单双引号并无明显差别。

第三个、getUserInfoOnce,不再使用句号.连接,而是直接引入在字符串中解析。

从上面可见,速度提高了0.06s-0.10s,有10%-20%的效率提升。可见连缀效率更低一些。

第四个、getUserInfoSingle2 虽然没有达到我们真正想要的效果,功能是不正确的,但是在字符串中,不再需要解析变量和获取变量值,所以效率确实有大幅度提升。

效率确实有了大的提升,快了50%。

那么这个快,是由于不需要变量引用解析带来的,还是只要加入$天然的呢?我们再试着写了一个方法。

得到如下运行时间:

发现转义后的字符串,效率跟单引号是一致的,从这里也可以看见,单引号还是双引号包含,如果不存在需要解析的变量,几乎没有差别。如果有需要解析的变量,你也不能光用单引号,要么使用单引号和连缀,要么使用内部插值,所以在这条规则上,不用太过纠结。

2.4、错误应该打开还是关闭?

在 PHP 中,有多种错误消息,错误消息的开启是否会带来性能上的影响呢?从直觉觉得,由于错误消息,本身会涉及到 IO 输出,无论是输出到终端或者 error_log,都是如此,所以肯定会影响性能。我们来看看这个影响有多大。

在上面的代码中,我们涉及到一个不存在的变量,所以会报出 Notice 错误:

Notice: Undefined variable: PHP 中的垃圾回收机制,仅仅在循环回收算法确实运行时会有时间消耗上的增加。但是在平常的 in xxxx/string2.php on line 10

如果把 E_ ERROR 改成 E_ ALL 就能看到大量的上述错误输出。

我们先执行 E_ ERROR 版,这个时候没有任何错误日志输出。得到如下数据:

再执行 E_ ALL 版,有大量的错误日志输出,我们把输出重定向到/dev/null

可见慢了将近一倍。

如上可见,即使输出没有正式写入文件,错误级别打开的影响也是巨大的。在线上我们应该将错误级别调到 E_ ERROR 这个级别,同时将错误写入 error_ log,既减少了不必要的错误信息输出,又避免泄漏路径等信息,造成安全隐患。

2.5、正则表达式和普通字符串操作

在字符串操作中,有一条常见的规则,即是能使用普通字符串操作方法替代的,就不要使用正则表达式来处理,用 C 语言操作 PCRE 做过正则表达式处理的童鞋应该清楚,需要先 compile,再 exec,也就是说是一个相对复杂的过程。现在就比较一下两者的差别。

对于简单的分隔,我们可以使用 explode 来实现,也可以使用正则表达式,比如下面的例子:

耗时在0.93-1S之间。

我们再将分隔语句替换成:

得到如下数据,慢了近10-20%。

再将语句替换成:

即匹配一到多个空格,并没有太多的影响。除了分隔外,查找我们也来看一个例子。

第一段代码:

第二段代码:

这两段代码达到的效果相同,都是查找字符串中有无 l 或者 L 字符。

在 PHP 7 下运行效果如下:

两者区别不大。再看看在 PHP5.6 中的表现。

可见在 PHP 5.6 中表现还是非常明显的,使用正则表达式慢了20%。PHP7 难道是对已使用过的正则表达式做了缓存?我们调整一下代码如下:

这是一个动态编译的 pattern。

在 PHP7 中,得到了如下结果:

可见两者并不明显。而在 PHP 5.6 中,同样的代码:

在 PHP 5.6 中,stripos 版明显要快于正则表达式版,由上两例可见,PHP7对正则表达式的优化还是相当惊人的。其次也建议,能用普通字符串操作的地方,可以避免使用正则表达式。因为在其他版本中,这个规则还是适用的。某 zend 大牛官方的分享给出如下数据:

stripos(‘http://’, $website) 速度是preg_match(‘/http:///i’, $website) 的两倍

ctype_alnum()速度是preg_match(‘/^s*$/’)的5倍;

“if ($test == (int)$test)”preg_match(‘/^d*$/’)快5倍

可以相见,正则表达式是相对低效的。

2.6、数组元素定位查找

在数组元素的查找中,有一个关键的注意点就是数组值和键的查找速度,差异非常大。了解过 PHP 扩展开发的朋友,应该清楚,数组在底层其实是 Hash 表。所以键是以快速定位的,而值却未必。下面来看例子。

首先们构造一个数组:

在这个数组中,我们测试查找值和查找键的效率差别。

第一种方法用 array_ search,第二种用 array_ key_ exists,第三种用 isset 语法结构。
代码分别如下:

运行结果如下:

由上例子可见,键值查找的速度比值查找的速度有百倍以上的效率差别。因而如果能用键值定位的地方,尽量用键值定位,而不是值查找。

2.7、对象与数组

在 PHP 中,数组就是字典,字典可以存储属性和属性值,而且无论是键还是值,都不要求数据类型统一,所以对象数据存储,既能用对象数据结构的属性存储数据,也能使用数组的元素存储数据。那么两者有何差别呢?

使用对象:

使用数组:

我们分别在 PHP5.3、PHP 5.6 和 PHP 7 中运行这两段代码。

在 PHP 5.3 中,数组版比对象版快了近30%。

到了 PHP 5.6 和 PHP7 中,两个版本基本没有差别,而在 PHP7 中的速度是 PHP5.6 中的2倍。在新的版本中,差别已几乎没有,那么为了清楚起见我们当然应该声明类,实例化类来存储对象数据。

2.8、getter 和 setter

从 Java 转过来学习 PHP 的朋友,在对象声明时,可能习惯使用 getter 和 setter,那么,在 PHP 中,使用 getter 和 setter 是否会带来性能上的损失呢?同样,先上例子。

无 setter版:

这里只增加了一个 setter。运行结果如下:

从上面可以看到,增加了一个 setter,带来了近10%的效率损失。可见这个性能损失是相当大的,在 PHP 中,我们没有必要再来做 setter 和 getter了。需要引用的属性,直接使用即可。

2.9、类属性该声明还是不声明

PHP 本身支持属性可以在使用时增加,也就是不声明属性,可以在运行时添加属性。那么问题来了,事先声明属性与事后增加属性,是否会有性能上的差别。这里也举一个例子探讨一下。

事先声明了属性的代码就是2.8节中,无 setter 的代码,不再重复。而无属性声明的代码如下:

两段代码,运行结果如下:

从上面的运行可以看到,无属性声明的代码慢了20%。可以推断出来的就是对于对象的属性,如果事先知道的话,我们还是事先声明的好,这一方面是效率问题,另一方面,也有助于提高代码的可读性呢。

2.10、图片操作 API 的效率差别

在图片处理操作中,一个非常常见的操作是将图片缩放成小图。缩放成小图的办法有多种,有使用 API 的,有使用命令行的。在 PHP 中,有 imagick 和 gmagick 两个扩展可供操作,而命令行则一般使用 convert 命令来处理。我们这里来讨论使用 imagick 扩展中的 API 处理图片的效率差别。

先上代码:

在上面的代码中,我们分别使用了 resizeImage 和 scaleImage 来进行图片的压缩,压缩的是常见的 1-3M 之间的数码相机图片,得到如下运行结果:

169张图片压缩,使用 resizeImage 压缩,速度在4.5S以上,而使用 scaleImage 则在 3.2S 左右,快了将近50%,压缩的效果,用肉眼看不出明显区别。当然 resizeImage 的控制能力更强,不过对于批量处理而言,使用 scaleImage 是更好的选择,尤其对头像压缩这种频繁大量的操作。本节只是例举了图片压缩 API 作为例子,也正像 explode 和 preg_ split 一样,在 PHP 中,完成同样一件事情,往往有多种手法。建议采用效率高的做法。

以上就是关于 PHP 开发的10个方面的对比,这些点涉及到 PHP 语法、写法以及 API 的使用。有些策略随着 PHP 的发展,有的已经不再适用,有些策略则会一直有用。

有童鞋也许会说,在现实的开发应用中,上面的某些观点和解决策略,有点「然并卵」。为什么这么说呢?因为在一个程序的性能瓶颈中,最为核心的瓶颈,往往并不在 PHP 语言本身。即使是跟 PHP 代码中暴露出来的性能瓶颈,也常在外部资源和程序的不良写法导致的瓶颈上。于是为了做好性能分析,我们需要向 PHP 的上下游戏延伸,比如延伸到后端的服务上去,比如延伸到前端的优化规则。在这两块,都有了相当多的积累和分析,雅虎也据此提出了多达35条前端优化规则,这些同 PHP 本身的性能分析构成了一个整体,就是降低用户的访问延时。

所以前面两部分所述的性能分析,只是有助于大家了解 PHP 开发本身,写出更好的 PHP 程序,为你成为一个资深的 PHP 程序员打下基础,对于实际生产中程序的效率提升,往往帮助也不是特别显著,因为大家也看到,在文章的实例中,很多操作往往是百万次才能看出明显的性能差别。在现实的页面中,每一个请求很快执行完成,对这些基础代码的调用,往往不会有这么多次调用。不过了解这些,总是好的。

那么,对于一个程序而言,其他的性能瓶颈可能存在哪里?我们将深入探讨。所以在本系列的下两篇,我们将探讨 PHP 程序的外围效源的效率问题和前端效率问题,敬请期待。

PHP 性能分析与实验——性能的宏观分析

本文系 OneAPM 工程师编译整理。OneAPM 是应用性能管理领域的新兴领军企业,能帮助企业用户和开发者轻松实现:缓慢的程序代码和 SQL 语句的实时抓取。想阅读更多技术文章,请访问 OneAPM 官方博客

原文始发于:PHP 性能分析与实验(二)——PHP 性能的微观分析

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