拉斯姆斯·勒多夫談HHVM與PHP7

2018-09-18 18:20:10 濟南網站建設

什么是 HHVM?

在2008年,Facebook 啟動了一項工作,計劃開發一個工具 將 PHP 腳本轉換成 C++,這樣就可以被編譯后在 web 服務器上運行。目的是節省服務器資源,這是一個很重要的目標,因為 Facebook 的用戶量正在快速增長。從這個意義上講,這個項目是成功的,因為它可以讓服務器處理之前五到六倍的請求量。

時間回到2010年,Facebook 的服務器需求已經增加了很多,是時候考慮用新的創新來提升更大的效率。基于這個需求,Facebook 開發了 HHVM。

HHVM 使用了 Just-In-Time (JIT) 編譯方式將 PHP 代碼轉換成某種字節碼。接下來把字節碼再轉換成機器碼并進行優化,讓它盡可能快的運行。

什么是PHP 7?

PHP 7 是 PHP 社區對 HHVM 的回應。PHP 7 發布的預覽版本號稱比之前的 PHP 5 的性能要提升100%。

你可能會問 PHP 的版本直接從 PHP5 跳到了 PHP7,答案是這樣的:PHP6 的開發開始于2005年,但是它的進展過于緩慢又出現了很多的問題,這樣 PHP6 在它還沒有發布正式版本之前就有了不好的名聲。所以PHP社區決定給這個語言的新版本直接命名為 PHP7。

真正的問題不是 PHP5 和 PHP7 之間的比較,因為已經很明顯了 PHP7 提供了更快速的運行速度。但是我們想比較的是 PHP7 和 HHVM。很多專家已經分別使用了這兩個方法來處理PHP代碼,并且揭示了一些有趣的結論。

PHP7新特性:

1. 標量類型和返回類型聲明(Scalar Type Declarations & Scalar Type Declarations)

PHP語言一個非常重要的特點就是“弱類型”,它讓PHP的程序變得非常容易編寫,新手接觸PHP能夠快速上手,不過,它也伴隨著一些爭議。支持變量類型的定義,可以說是革新性質的變化,PHP開始以可選的方式支持類型定義。除此之外,還引入了一個開關指令declare(strict_type=1);,當這個指令一旦開啟,將會強制當前文件下的程序遵循嚴格的函數傳參類型和返回類型。

2. 更多的Error變為可捕獲的Exception

PHP7實現了一個全局的throwable接口,原來的Exception和部分Error都實現了這個接口(interface), 以接口的方式定義了異常的繼承結構。于是,PHP7中更多的Error變為可捕獲的Exception返回給開發者,如果不進行捕獲則為Error,如果捕獲就變為一個可在程序內處理的Exception。這些可被捕獲的Error通常都是不會對程序造成致命傷害的Error,例如函數不存。PHP7進一步方便開發者處理,讓開發者對程序的掌控能力更強。因為在默認情況下,Error會直接導致程序中斷,而PHP7則提供捕獲并且處理的能力,讓程序繼續執行下去,為程序員提供更靈活的選擇。

例如,執行一個我們不確定是否存在的函數,PHP5兼容的做法是在函數被調用之前追加的判斷function_exist,而PHP7則支持捕獲Exception的處理方式。
 

3. AST(Abstract Syntax Tree,抽象語法樹)

AST在PHP編譯過程作為一個中間件的角色,替換原來直接從解釋器吐出opcode的方式,讓解釋器(parser)和編譯器(compliler)解耦,可以減少一些Hack代碼,同時,讓實現更容易理解和可維護。


HHVM 是臉書為自家網站特性而量身客制的PHP優化機制,不見得適用任何網站。但拉斯姆斯·勒多夫表示,新版目標之一就是要讓任何網站開發者,就連使用開發框架Drupal、開源電子商務系統Opencart時,都能有不輸使用HHVM 技術的性能。在新版發表前夕,他也趁來臺參加PHPConf Taiwan年會時,分享PHP 7性能大突破的關鍵。

一個20年來歷經了多 次改版和無數次優化的成熟語言,還能有性能提高一倍的突破絕非易事,拉斯姆斯·勒多夫坦言,不像一般新項目多半容易找出許多改進空間,新版PHP并非修改部分程序就達到了如此的成果。反而是,透過大量細節優化和性能累加 后,PHP 7才具備了不輸HHVM的執行性能。

拉斯姆斯·勒多夫與PHP核心貢獻團隊花了許多心力減少程序運作時搬動的內存位數,由此加速執行的性能。例如,PHP中儲存變量的數據架構zval從24位 縮減至16位、Hashtable從72位減少至56位,并檢視PHP中的函式,思考有無任何改進性能的空間。

除了從減少內存的使用著手 外,拉斯姆斯·勒多夫更檢視CPU的Cache line的運作原理,了解程序代碼如何與CPU互動、編譯程序如何在新CPU架構下編譯程序代碼等細節,確保PHP 7的程序代碼符合現代CPU的架構。雖然每個項目的優化對性能貢獻都低于0.5%,但由于優化的項目很多,或是某項改善的功能會被應用程序反復呼叫,整體 修正的綜效結果就能有如此大的進展。

受HHVM刺激,決定打造兼具性能與功能的PHP

臉譜網站為了優化PHP運作,搭配JIT編 譯而打造出虛擬機HHVM。而HHVM雖然擁有快速的執行性能,其為特定用途優化的設計,只能滿足小部分的開發者。反之,拉斯姆斯·勒多夫除了想提升PHP的性能表現外,也想要同時滿足高端使用者以及業余使用者的需求,讓PHP 7成為兼備性能表現及通用功能的程序語言。

然而,開發符合市場上少部分人使用的程序語言并不是難事,但是PHP項目瞄準許多對象,必須同時符合業余使用者及專業開發者需求的原則下,開發難以面面俱 到,因為總是會有部分族群的需求無法被滿足,「這就像拿水管大范圍的噴灑,而每個人衣服都會被水沾濕一點,但是不會有人的衣服完全濕透。」拉斯姆斯·勒多夫比喻。

不使用外掛框架的PHP的運算性能表現都很優異,但是受到外加框架的影響,原本可以在數秒內處理上千個網頁要求的 PHP,性能大幅下降,變為只能處理數十個要求。拉斯姆斯·勒多夫表示,在HHVM出現之前,相較于對PHP性能表現的要求,使用者比較在意PHP能否降低網頁開發的難度,而這些框架能讓開發者的工作變得 比較簡單。但是在臉譜網站推出HHVM后,引出許多重視PHP性能表現的使用者,讓拉斯姆斯·勒多夫意識到許多使用者有性能表現的需求。他開始思考如何將HHVM的JIT架構與PHP融合。

但拉斯姆斯·勒多夫表示,PHP與HHVM兩者在架構設計上相當不同,例如,HHVM的多線程架構并不是很穩固。此外,HHVM的可移植性并不佳,離可以在 Windows平臺上運作還有很大一段路,而PHP有很多開發者在Windows環境開發,而HHVM無法照顧到那些使用者。

拉斯姆斯·勒多夫表示,他不能放棄PHP的主要架構,雖然他們曾經考慮過融合兩者,但是,HHVM在使用上有很多的限制。雖然HHVM對臉譜網站及 許多開發者是非常好的工具,但對于PHP項目來說,HHVM的使用范疇還不夠寬廣,只能符合臉譜網站或是Wikipedia等特定項目的需求。

非強型別語言的PHP,導入JIT是難上加難

然而,在PHP中加入JIT編譯是件非常困難的事情。拉斯姆斯·勒多夫表示,JIT必須學會辨認程序的運作模(Patterns),例如了解哪些部份為重要的程序代碼,并且在程序運作前,預測程序被呼叫的時 機,或是哪些部分的程序會呼叫。

拉斯姆斯·勒多夫比喻,在許多汽車中,JIT必須能預測哪部分的車子會右轉、哪部分的車子會左轉或是某些顏色汽車會直行,「而JIT必須要全部預測正確,否則性能會大大的降低。」但是,如果預測正確,程序執行性能則會大大提升。

在一般的程序語言的編譯中加入JIT已屬不易,拉斯姆斯·勒多夫表示,由于PHP的動態屬性(dynamic)讓加入JIT是難上加難。他舉例,開發者宣告參數$a值為1,但不代表程序所有的$ a的值都為1,由于PHP中參數值可以很輕易地重新定義。在C語言中,當開發者宣告參數a為整數,則a永遠為整數。如果程序中有任何地方宣告a是整數以外 的類型,連編譯都無法執行。而因為C語言此種強型別的程序語言,「JIT可以預測變量a為整數,但是在PHP中,我們沒有這種奢侈。」他解釋,HHVM的 做法為當JIT得知a是整數型別后,則假設a永遠為整數。

而HHVM為了在使用JIT編譯,某種程度上受限了PHP的發展。HHVM的用戶 必須清楚宣告變量的性質,但是使用PHP的開發者,可以先宣告沒有性質的類別(Class),后續再指定類別的變量屬性。「在沒有任何限制下,將JIT加 入PHP是我們要做的事。」他表示,PHP必須顧及Wordpress、Drupal等框架的開發者,不能任意停止對此些框架的支持。故與HHVM相 比,PHP在打造JIT的條件限制更多。

但是,「這不代表我們不能做JIT。此外,我們也要控制PHP的發展走向。」拉斯姆斯·勒多夫表示。

目前,PHP核心貢獻者之一的Dmitry Stogov開發一個原型JIT,并且使用某些實驗性的應用程序去測試運作。拉斯姆斯·勒多夫表示,如果將此JIT用于執行某些重復性的運算或是循環程序,得以讓PHP 7性能又再快上10倍。

不過他也坦承,當此實驗性的JIT用于Wordpress時,并未得到任何加速效果,「我們想要打造的JIT不是要在大學課本上學到的東西,而是能在真實世 界中運作的JIT。」他表示。因為PHP一直都抱持如此的理想,試圖解決人們生活中的問題,并且能真實世界中在線環境中運作,而不只是存在課本中的理論。

拉斯姆斯·勒多夫表示,在PHP剛問世時,他每天至少花16個小時開發PHP。但目前他已經逐漸減少投入開發,轉而投注心力在世界各地宣傳及演講。他打趣地 表示:「與其自己開發,不如激勵遠比我聰明,又愿意一天花十八小時寫程序的人去開發PHP。」他表示,他的最終目標是PHP中沒有任何一行由他所撰寫的程 序代碼,「任何在成長中的項目都不應該由一個開發者主導,老舊的程序代碼應該被新的程序代碼替換。」而他認為,其他開發者應該以此為目標。

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