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LNMP 性能优化之 PHP 性能优化

木木彡82 2017-10-03 11:19:52 231人围观
转载自:https://github.com/luisedware/Archives/issues/4

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PHP 性能优化初探

使用 PHP 其语法不恰当使用 PHP 做其不擅长的事使用 PHP 连接的服务不稳定使用 PHP 但尚未排查出来的问题
PHP 性能问题简析

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转载自:https://github.com/luisedware/Archives/issues/4

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PHP 性能优化初探

使用 PHP 其语法不恰当

PHP 做一门弱类型动态语言,在上手容易和开发快速同时,也会导致一些新手写出不规范的代码。比如在递归当中连接数据库读取数据;一次性从文件中读取大量的数据,处理完后却不主动释放内存;在遍历和循环中重复计算某个变量等等;数组的键没有加引号导致先查找常量集,都会导致 PHP 程序性能下降。

使用 PHP 做其不擅长的事

PHP 作为一门 Web 后端脚本语言,好处是能够快速实现 Web Application 所需功能,而且容易部署。缺点就是相对于强类型静态语言如 Java/C/C++ 来说,PHP 的性能较差,在实现计算密集型的业务时没有任何优势。同时也由于 PHP 是同步阻塞的 IO 模型,在高并发请求的场景下容易遇到瓶颈,需要通过 PHP 相关扩展来解决相关技术难题。

使用 PHP 连接的服务不稳定

PHP 作为一门胶水语言,势必会连接各种各样服务。常见的服务如:MySQL、Redis、MongoDB 等数据库,C/C++、GO、Java 等语言编写的后端服务。倘若 PHP 所连接服务不稳定,势必也会对 PHP 造成一定的性能影响。

使用 PHP 但尚未排查出来的问题

在某些情况,某个 PHP 程序或某段 PHP 代码莫名其妙地出现相当耗时的情况,不知道是 PHP 本身出现了问题,还是所用的框架出现了问题,亦或是 PHP 周边甚至是硬件的问题。这个时候就需要通过工具进行排查。常用的工具有:PHP-Xhprof、PHP-XDebug。

PHP 性能问题简析

PHP 的底层是由 C 语言组成的。每次运行 PHP 的程序,都是需要经过 C 语言遍写的 Zend 引擎来解析 PHP 文件,将其编译成为 Opcodes 后再去执行。就这样一来一回就消耗了不少时间和硬件性能。

PHP 运行流程

  1. Scanning(Lexing),将 PHP 代码转换为语言片段(Tokens)。
  2. Parsing,将 Tokens 转换成简单而有意义的表达式(Expression)。
  3. Compilation,将表达式编译成 Opocdes。
  4. Execution,顺次执行 Opcodes,每次一条,从而实现 PHP 脚本的功能。

(*.php) -> scanner -> (Tokens) -> Parser -> (Expression) -> Compilation -> (Opcodes) -> Execution -> (Output)

PHP 开销和速度排序

在日常使用中,PHP 各项性能开销和运行速度如下:

  • 性能开销(从大到小)
    • 硬盘 I/O
    • 数据库 I/O
    • 内存 I/O
    • 网络 I/O
  • 运行速度(从快到慢)
    • 内存 I/O
    • 数据库 I/O
    • 硬盘 I/O
    • 网络 I/O

读写网络数据本质也是硬盘操作,而且网络都是有延迟的,这也带了隐性的时间浪费,事实上 Web Application 感觉运行速度低下的原因,一般也都是网络 I/O 和 硬盘 I/O 引起的问题。

PHP 语言级性能优化

尽可能地使用内置函数来完成任务

能使用 PHP 内置方法解决的问题,就不要自己手写代码,一是手写代码一般冗余较多,可读性不佳。二是手写代码需要解析编译为底层代码再执行,没有 PHP 内置函数的性能高。

for & range() 实现同一功能

<?php

for ($i = 0; $i <1000; $i++) {
	$array1[$i] = $i+1000;
}

range(1000,1999);

以 foreach、in_array 和 array_merge 实现同一功能对比说明:

<?php

arrayMerged = [];
foreach ($array1 as $value) {
	$arrayMerged[] = $value;
}
foreach ($array2 as $value) {
	if(!in_array($value, $arrayMerged)){
		$arrayMerged[] = $value;
	}
}

array_merge($array1,$array2);

以 foreach 和 array_column() 实现同一功能对比说明:

<?php

$usernames = [];
foreach ($array as $key => $value) {
	if(isset($value['username']) && !empty($value['username'])){
		$usernames[$value['id']] = $value;
	}
}

array_column($array, 'username','id');

以 foreach 和 array_filter() 实现同一功能对比说明:

<?php

$arr = ['a' => 1, 'b' => 2, 'c' => 3, 'd' => 4];
foreach ($arr as $key => $value) {
	if($key === 'b'){
		$result[$key] = $value;
	}
	if($value === 4){
		$result[$key] = $value;
	}
}

array_filter($arr, function($v, $k) {
	return $k == 'b' || $v == 4;
}, ARRAY_FILTER_USE_BOTH)

尽可能地使用高性能的内置函数来完成任务

在 PHP 内置的函数之间,实现同一个功能时,也会存在着性能的差距。这是因为 PHP 内置函数的时间复杂度各不相同,了解各个 PHP 内置函数的时间复杂度,也有利于从代码层优化 PHP 项目。

以 isset() 和 array_key_exists() 对比说明:

<?php

function current_unix_time(){
	list($usec,$sec) = explode(" ", microtime());
	return ((float)$usec + (float)$sec);
}

$time = -current_unix_time();
$i = 0;
$array = range(1, 1000000);
while ($i < 1000000) {
	if(array_key_exists($i, $array)){

	}
	$i++;
}
$time += current_unix_time();
echo $time."\n";

$time2 = -current_unix_time();
$i = 0;
$array = range(1, 1000000);
while ($i < 1000000) {
	if(isset($array[$i])){

	}
	$i++;
}
$time2 += current_unix_time();
echo $time2;

// array_key_exists:0.080096006393433
// isset:0.041244029998779

尽可能避免使用魔法方法来完成任务

TODO

尽可能避免使用错误抑制符来完成任务

TODO

尽可能避免使用正则表达式来完成任务

正则表达式在 PHP 里算是一把双刃剑;它的优势就是使用起来简单。它的劣势就是性能低下。因为正则表达式需要回溯,而回溯的性能开销比较大,需要去优化。但优化正则表达式是需要一定的技术水平的。在常见的业务场景中,不妨使用字符串处理函数或 filter_var() 函数来实现功能。

尽可能避免在遍历或循环内做各种运算

使用 for、while 循环的时候,循环内的计算式将会被重复计算,这样就造成了一些可避免的不必要性能开销。

<?php

// 修改前
for($i = 0; $i < strlen("hello world"); $i++){
	//do something
}

// 修改后
$str = "hello world";
$strlen = strlen($str);
for($i = 0; $i < $strlen; $i++){
	//do something
}

尽可能避免在计算密集型的业务中使用

什么是计算密集型的业务?一般来说是大批量的日志分析、大批量的数据运算。PHP 的语言特性决定了 PHP 不适合做大数据量的运算。因为 PHP 是由 C 语言编写的,
PHP 的代码最终还是要转换成 C 语言去执行,这就需要一部分的性能开销。再加上 PHP 自身环境和语言特性缘故,PHP 做运算相比于 C 语言来说,不仅性能开销大,运算速度也慢,所以 PHP 不是适合做计算密集型的业务。PHP 的语言特性决定了它比较适合衔接后端服务或渲染页面。

PHP 周边级性能优化

Server 服务器

从服务器方面进行优化,可以选择将服务器不安装其他后端服务软件,仅仅安装 PHP 以及其必要扩展。使单机的性能全部向 PHP 倾斜。同时也对 PHP 的相关参数进行优化,将 PHP 单机服务器性能最大化。在大数据、高并发的场景下,可以尝试将 PHP 服务器集群化,通过负载均衡,将网络请求分配至不同的 PHP 单机服务器处理。

Network 网络

从网络方面进行优化时的需要注意的两点:

  • 对接接口是否稳定
  • 连接网络是否稳定

如何优化网络:

  • 使用更好的网卡:使用千兆以上的网卡
  • 选择更好的套餐:更多的流量,更高的带宽
  • 设置超时时间:
    • 连接超时:200 ms
    • 读取超时:800 ms
    • 写入超时:500 ms
    • 可以根据实际情况进行自由调整
  • 将串行的网络连接并行化
    • 使用 curl_multi_*() 系列函数
    • 使用 Swoole 扩展或 Wokerman
  • 压缩网络请求数据
    • 启用 Server 的 Gzip 相关功能,最好是网络传输的数据大于 100 KB 的时候再使用,否则压缩包比源数据还大就徒劳了。
    • 压缩优势是减少客户端获取数据速度;劣势是由于 Server 需要压缩数据,会产生额外的 CPU 开销;而 Client 需要解压数据,客户端也会产生额外的 CPU 开销。

Database 数据库

数据库可以进行优化的层面:

  • 服务器硬件
  • 数据库配置
  • 数据库表结构
  • SQL 语句和索引

以 MySQL 为例,在服务器硬件方面,可以选择多核的 CPU,现在数据库软件对多核 CPU 都有优化;在数据库配置方面,可以根据监控日志和性能压测数据进行调优;数据表结构方面可以根据需要存储的数据选择最优的数据类型,设计时可以根据数据库表的范式来设计减少冗余数据,也可以反范式设计提高查询性能;如果数据库表过大,可以采取垂直拆分和水平拆分。而 SQL 语句和索引方面,可以通过开启 mysqldumpslow 和 pt-query-digest 来查看慢查询。使用 EXPLAIN 分析 SQL 的执行计划;使用普通索引或复合索引增加查询数据;了解 MySQL 执行的细节写出最优解的 SQL 语句。

Cache 缓存

TODO

File 文件

TODO

PHP 瓶颈级性能优化

Opcode 优化

  • 启用 Zend Opcache,以 PHP 7 为例,在配置文件 php.ini 加入以下代码即可:
zend_extension=opcache.so
opcache.enable=1
opcache.enable_cli=1"

Runtime 优化

PHP 扩展编写

PHP 性能分析工具

ApacheBench 的参数讲解与基础使用

ApacheBench 参数讲解与基础使用:https://github.com/luisedware/Archives/issues/2

Vld Opcache 的参数讲解与基础使用

TODO

Xhprof of PHP 7 的参数讲解与基础使用

TODO

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