隨着國內Golang的火爆，phper的生存壓力越來越大，在一次內部技術討論中，gopher甚至提出，要什么php，寫php的全部開掉，唉，碼農何苦為難碼農。
本文試圖尋找一種有效實踐，減少php web程序和golang之間的性能差距，擺脫php在公司往后只能寫管理后台的悲慘命運。
做優化的思路
1、了解php語言特性
2、了解php的執行過程
3、壓測分析性能
語言特性
PHP被稱為腳本語言或解釋型語言，它沒有被直接編譯為機器指令，而是編譯為一種中間代碼的形式，無法直接在CPU上執行。 所以PHP的執行需要在進程級虛擬機上（見Virtual machine中的Process virtual machines，下文簡稱虛擬機）。
PHP語言，包括其他的解釋型語言，其實是一個跨平台的被設計用來執行抽象指令的程序。PHP主要用於解決WEB開發相關的問題。
諸如Java, Python, C#, Ruby, Pascal, Lua, Perl, Javascript等編程語言所編寫的程序，都需要在虛擬機上執行。虛擬機可以通過JIT編譯技術將一部分虛擬機指令編譯為機器指令以提高性能。PHP未來有可能加入JIT支持。
使用解釋型語言的優點：
- 代碼編寫簡單，能夠快速開發
- 自動的內存管理
- 抽象的數據類型，程序可移植性高
缺點：
- 無法直接地進行內存管理和使用進程資源
- 比編譯為機器指令的語言速度慢：通常需要更多的CPU周期來完成相同的任務（JIT試圖縮小差距，但永遠不能完全消除）
- 抽象了太多東西，以至於當程序出問題時，許多程序員難以解釋其根本原因
PHP的生命周期
Zend虛擬機分為兩大部分：
- 編譯：將PHP代碼轉換為虛擬機指令（OPCode）
- 執行：執行生成的虛擬機指令
zend執行過程
| 1 2 3 4 |
詞法分析（zend_language_scanner），將PHP代碼轉換為語言片段(Tokens) 語法分析（zend_language_parser）將Tokens轉換成簡單而有意義的表達式 編譯（compiler），將表達式編譯成Opocdes，返回zend_op_array指針 Zend Engine（zend_vm_execute），順次執行Opcodes，每次一條， 根據傳入的zend_op_array指針，執行opcode並將結果返回輸出 |
解釋型語言性能問題也就是因為每次執行腳本，上述過程都會重復執行。因此，也就出現了APC， xcache， eAccelerator等緩存，不過現在官方主推的是opcache
什么是opcode緩存
當解釋器完成對腳本代碼的分析后，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，那么opcode cache的性能提升是非常有限的。也就是opcode cache能帶來CPU和內存開銷的降低
APC， xcache， eAccelerator,opcache 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
PHP-FPM的生命周期
模塊初始化（master）
請求初始化 （worker）
執行腳本（worker）
請求關閉（worker）
模塊關閉（master關閉）
由以上我們可以看到 php的優化思路：1、使用opcache去掉php生命周期的詞法分析、語法分析、opcode生成環節 2、提升zend虛擬機性能 3、減少worker每次請求初始化的消耗
我們作為web開發者還能做什么優化呢？
1、使用輕量級框架
2、引入協程，解決多進程的調度消耗問題，解決IO阻塞問題
性能實驗
幾種框架比較壓測
首先使用php內置web server做個測試
四核16G內存虛擬機，golang使用4個核，php使用單核
/usr/local/php-7.0.11/bin/php -S 10.20.1.12:8000 router.php -c php.ini
php.ini:
[opcache] zend_extension = opcache.so opcache.memory_consumption=128 opcache.interned_strings_buffer=8 opcache.max_accelerated_files=400000 opcache.revalidate_freq=600 opcache.validate_timestamps=0 opcache.fast_shutdown=1 opcache.enable_cli=1 opcache.enable=1 [vld] extension=vld.so
router.php
<?php echo '{"errno":0,"errmsg":"success","data":"e"}';
siege -c 100 -r 10000 "http://10.20.1.12:8000/" -b
壓測結果：
Transactions: 1000000 hits
Availability: 100.00 %
Elapsed time: 77.15 secs
Data transferred: 39.10 MB
Response time: 0.01 secs
Transaction rate: 12961.76 trans/sec
Throughput: 0.51 MB/sec
Concurrency: 97.56
Successful transactions: 1000000
Failed transactions: 0
Longest transaction: 0.24
Shortest transaction: 0.00
可以認為 php的虛擬機執行效率是可以的 ，使用golang的原生http模塊echo helloworld 在24000 trans/sec 。
php的cpu利用率在100%，golang的利用率在 200% (設置了 runtime.GOMAXPROCS(4) 並沒達到400%)
使用php-fpm方式掛載到nginx中去訪問，直接請求index.php 並echo結果 trans: 7300 trans/sec
使用yaf controller方式 ，trans：5000 trans/sec , 損失了 32%的性能 ，略微尷尬
zan framework 3570 trans/sec
swoole！幾年前測試，性能很不怎么樣，如今，php7+swoole 25000 trans/sec 跟golang毫不遜色啊 ！
dev壓測
dev02啟動一個qps 2w+的curl接口
dev03 4核16G機器，分別跑yaf 、golang、es(EasySwoole，之后換成yaf+swoole，性能差不多)、lua ，執行空接口、訪問11的redis、訪問dev02的curl接口
yaf 開啟opcode，使用線上dynamic php-fpm配置，
es worker數設置為40（測試4核 40最佳）
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案例
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並發
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請求數
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失敗數
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QPS
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性能指數(golang為基准)
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|---|---|---|---|---|---|
| yaf 空接口 | 200 | 100w | 0 | 7013.11 trans/sec | 24.5% |
| go 空接口 | 200 | 100w | 0 | 28645.09 trans/sec | 100% |
| es空接口 | 200 | 100w | 0 | 27285.13 trans/sec | 95% |
| yaf curl |
200 | 100w | 0 | 3475.33 trans/sec | 26.3% |
| go curl | 200 | 100w | 0 | 13227.51 trans/sec | 100% |
| es curl | 200 | 100w | 0 | 11178.18 trans/sec | 84.5% |
| lua curl | 200 | 100w | 0 | 12528.19 trans/sec | 94.7% |
| yaf redis read | 200 | 100w | 0 | 5389.09 trans/sec | 32.6% |
| go redis read | 200 | 100w | 0 | 16550.81 trans/sec | 100% |
| es redis read | 200 | 100w | 0 | 13917.88 trans/sec | 84% |
線上壓測
當CPU提升到8核？
eris3v 壓測 eris6v 的 yaf接口（access_log off ,減小寫日志影響）
1、空接口
siege -c 200 -r 4000 "10.110.18.72:8360/main/example" -b -q
Transaction rate: 20356.23 trans/sec
2、curl一次( lib httprequest寫log)
siege -c 200 -r 4000 "10.110.18.72:8360/main/curl" -b -q
Transaction rate: 7560.01 trans/sec
3、curl一次( lib httprequest不寫log)
siege -c 200 -r 4000 "10.110.18.72:8360/main/curl" -b -q
Transaction rate: 13807.39 trans/sec
4、讀一次redis( zscore)
siege -c 200 -r 4000 "10.110.18.72:8360/member/in?rid=30510982&groupid=10000" -b -q
Transaction rate: 11677.13 trans/sec
5、讀兩次redis, 把測試3的邏輯在controller中執行兩次
siege -c 200 -r 4000 "10.110.18.72:8360/member/in?rid=30510982&groupid=10000" -b -q
Transaction rate: 8463.79 trans/sec
線上環境壓測發現，8核16G機器下，yaf+php-fpm的性能有大幅提升，空接口可以跑滿8個核，如果不經過nginx日志，性能和swoole、golang僅有10%~20%左右差距，swoole受限於master調度，無法跑滿8個核，只有一個核負載100%，其他空閑較大（多開master？使用層面暫時無法解決）。siege 不開啟 -q quiet模式，在使用vpn或wifi情況下，有可能因為壓測機到本機的同步output速度，影響壓測結果，建議關閉。
性能分析
實驗
問題簡單化一下，我們測試一下在dev環境只有一個worker 只能利用單核情況下 原生php-fpm、php-fpm+yaf路由、 swoole+yaf的空跑接口性能差異（需要開啟opcache）。
1、新建yaf項目
2、 使用 https://github.com/LinkedDestiny/swoole-yaf新建swoole+yaf項目，使用yaf作為路由
其中 yaf項目 可更改 src/public/index.php 只echo "hello world" ，不啟動yaf 作為測試1 ，啟動yaf 執行MainController中的exampleAction作為測試2，swoole+yaf項目作為測試3
siege -c 300 -r 3000 "10.20.1.13/Main/example" -b -q
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90w請求
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備注
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|---|---|---|---|
| 測試1: php-fpm | 5990 trans/sec | ||
| 測試2: yaf | 2687 trans/sec | ||
| 測試3: swoole+yaf | 18382 trans/sec | 過nginx代理則變為8980 trans/sec，日志是性能殺手 golang也是一樣，性能損失50% |
分析
分別執行一次請求，使用strace 分別跟蹤master和worker執行,
sudo strace -p 5450 -s 10000 -T ，具體調用操作見附錄
1) php-fpm
worker執行了24次系統調用 ，master沒有操作，只是監控worker狀態及重啟
worker工作周期：
accept收到請求
1、fcgi_accept_request() 解析請求 fcgi_read_request() -> safe_read() ，調用了5次系統調用read() 才完成了fastcgi協議的解析
然后進入獲取請求信息階段，將請求的method、query string、request uri等信息保存worker進程的fpm_scoreboard_proc_s結構中
2、php_request_startup() 請求初始化
3、php_execute_script() 進入FPM_REQUEST_EXECUTING階段，完成php腳本編譯，執行操作 ，這個階段雖然有opcache（已經對文件執行了open操作）仍然會做 getcwd chdir stat等系統操作去查找文件，然后執行 zend_execute_scripts ( zend_execute(op_array, retval); ) , write 出結果
4、php_request_shutdown() shutdown recvfrom 從主進程接收兩次響應包， close req文件描述符 ，這又是四次系統調用
重新等待下次請求
2）yaf
執行了38次系統調用, 24次是和fpm相同的 ，會額外stat open一次 app.ini文件，stat Bootstrap.php、 include文件和controller文件，並做內存頁映射操作
3) swoole+yaf
只執行了5次系統調用,發揮了常駐進程的優勢， 其他系統調用在初始化時即完成，之后的請求只需要master accept 和epoll出請求， worker read ，在用戶態處理后 sendto master即可完成，很簡潔。
master
worker
結論
swoole+yaf因為是常駐進程，初始化只需要一次，在系統調用層面消耗非常少，單worker進程性能就非常強悍，但在多核多進程模型下，yaf和php-fpm又能依托多核硬件，追平性能差異，所以在機器預算有限情況下，比如1～4核，使用swoole+yaf ，相比yaf能大幅提升性能。在大部分web高性能接口場景，使用yaf或swoole就能夠滿足性能要求，且開發效率很高，並不必須要用golang。對於需要多線程、異步、長連接或者中間件、可靠分布式存儲服務的場景還是選擇golang比較靠譜，用swoole也有學習成本，不如只是用它最穩定成熟的地方。
附錄
php-fpm系統調用：
times({tms_utime=0, tms_stime=0, tms_cutime=0, tms_cstime=0}) = 1031139243 <0.000072>
poll([{fd=4, events=POLLIN}], 1, 5000) = 1 ([{fd=4, revents=POLLIN}]) <0.000021>
read(4,
"\1\1\0\1\0\10\0\0"
, 8) = 8 <0.000018>
read(4,
"\0\1\0\0\0\0\0\0"
, 8) = 8 <0.000017>
read(4,
"\1\4\0\1\2\276\2\0"
, 8) = 8 <0.000017>
read(4,
"\0177SCRIPT_FILENAME/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public/index.php\f\0QUERY_STRING\16\3REQUEST_METHODGET\f\0CONTENT_TYPE\16\0CONTENT_LENGTH\v\nSCRIPT_NAME/index.php\v\rREQUEST_URI/Main/example\f\27DOCUMENT_URI/index.php/Main/example\r-DOCUMENT_ROOT/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public\17\10SERVER_PROTOCOLHTTP/1.1\21\7GATEWAY_INTERFACECGI/1.1\17\fSERVER_SOFTWAREnginx/1.12.1\v\nREMOTE_ADDR10.20.1.19\v\5REMOTE_PORT35085\v\nSERVER_ADDR10.20.1.13\v\2SERVER_PORT80\v\34SERVER_NAMEshenguanpu.test_yaf.panda.tv\21\0HTTP_X_REQUEST_ID\17\3REDIRECT_STATUS200\t\rPATH_INFO/Main/example\17:PATH_TRANSLATED/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public/Main/example\t\34HTTP_HOSTshenguanpu.test_yaf.panda.tv\17\vHTTP_USER_AGENTcurl/7.44.0\v\3HTTP_ACCEPT*/*\0\0"
, 704) = 704 <0.000017>
read(4,
"\1\4\0\1\0\0\0\0"
, 8) = 8 <0.000034>
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={30, 0}}, NULL) = 0 <0.000037>
rt_sigaction(SIGPROF, {0x798430, [PROF], SA_RESTORER|SA_RESTART, 0x3490c326a0}, {0x798430, [PROF], SA_RESTORER|SA_RESTART, 0x3490c326a0}, 8) = 0 <0.000027>
rt_sigprocmask(SIG_UNBLOCK, [PROF], NULL, 8) = 0 <0.000027>
getcwd
(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf"
, 4095) = 35 <0.000022>
chdir
(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public"
) = 0 <0.000049>
fcntl(3, F_SETLK, {type=F_RDLCK, whence=SEEK_SET, start=1, len=1}) = 0 <0.000030>
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public/index.php"
, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=221, ...}) = 0 <0.000025>
chdir
(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf"
) = 0 <0.000030>
times({tms_utime=0, tms_stime=0, tms_cutime=0, tms_cstime=0}) = 1031139243 <0.000017>
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={0, 0}}, NULL) = 0 <0.000017>
fcntl(3, F_SETLK, {type=F_UNLCK, whence=SEEK_SET, start=0, len=0}) = 0 <0.000021>
write(4,
"\1\6\0\1\0/\1\0Content-type: text/html; charset=UTF-8\r\n\r\ntest1\0\1\3\0\1\0\10\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"
, 72) = 72 <0.000086>
shutdown(4, SHUT_WR) = 0 <0.000023>
recvfrom(4,
"\1\5\0\1\0\0\0\0"
, 8, 0, NULL, NULL) = 8 <0.000027>
recvfrom(4,
""
, 8, 0, NULL, NULL) = 0 <0.000024>
close(4) = 0 <0.000069>
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={0, 0}}, NULL) = 0 <0.000024>
|
yaf比php-fpm多了14次系統調用
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/public/index.php"
, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=207, ...}) = 0 <0.000019>
（yaf內操作開始）
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/conf/app.ini"
, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=364, ...}) = 0 <0.000030>
open(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/conf/app.ini"
, O_RDONLY) = 5 <0.000023>
ioctl(5, SNDCTL_TMR_TIMEBASE
or
SNDRV_TIMER_IOCTL_NEXT_DEVICE
or
TCGETS, 0x7ffd3bf1f2d0) = -1 ENOTTY (Inappropriate ioctl
for
device) <0.000016>
fstat
(5, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=364, ...}) = 0 <0.000015>
mmap(NULL, 396, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 5, 0) = 0x7f7d06803000 <0.000022>
fstat
(5, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=364, ...}) = 0 <0.000015>
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f7d06802000 <0.000017>
lseek(5, 0, SEEK_CUR) = 0 <0.000016>
munmap(0x7f7d06803000, 396) = 0 <0.000022>
close(5) = 0 <0.000017>
munmap(0x7f7d06802000, 4096) = 0 <0.000014>
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/Bootstrap.php"
, {st_mode=S_IFREG|0775, st_size=2392, ...}) = 0 <0.000020>
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/library/XLogKit.php"
, {st_mode=S_IFREG|0664, st_size=1933, ...}) = 0 <0.000024>
stat(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf/src/controllers/Main.php"
, {st_mode=S_IFREG|0664, st_size=962, ...}) = 0 <0.000021>
（往下回到fpm）
chdir
(
"/home/shenguanpu/devspace/test_yaf"
) = 0 <0.000022>
|
swoole+yaf
1、master
accept4(3, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(22468), sin_addr=inet_addr(
"10.20.1.19"
)}, [16], SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK) = 9 <0.000024>
epoll_ctl(8, EPOLL_CTL_ADD, 9, {EPOLLOUT, {u32=9, u64=9}}) = 0 <0.000019>
accept4(3, 0x7ffdf04ad430, [16], SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK) = -1 EAGAIN (Resource temporarily unavailable) <0.000019>
2、worker
read(4,
"\3\0\0\0b\0\0\0\np\3\0GET /Main/example?test=1 HTTP/1.1\r\nHost: 10.20.1.13:9601\r\nUser-Agent: curl/7.44.0\r\nAccept: */*\r\n\r\n"
, 8192) = 110 <0.000029>
sendto(4,
"\3\0\0\0\252\0\0\0\0\377\0\0HTTP/1.1 200 OK\r\nServer: swoole-http-server\r\nContent-Type: text/html\r\nConnection: keep-alive\r\nDate: Fri, 26 Jan 2018 08:17:44 GMT\r\nContent-Length: 17\r\n\r\nthis is a swoole!"
, 182, 0, NULL, 0) = 182 <0.000029>
|
參考文獻：