PHP的性能演进(从PHP5.0到PHP7.1的性能全评测)

本文是最初是来自国外的这篇:PHP Performance Evolution 2016， 感谢高可用架构公众号翻译成了中文版, 此处是转载的高可用架构翻译后的文章从PHP 5到PHP 7性能全评测（含未发布的JIT版PHP 8对比）, 稍微调整了格式而成。

导读：PHP 是 Web 开发最常用的语言，每个大版本的更新都带来不少新特性和性能提升。特别是 PHP 7.0 的发布，带来 PHP 性能飞跃。本文作者对各个 PHP 版本进行了 CPU 性能基准测试，并且带来了PHP下个大版本的消息。本文中文版由高可用架构志愿者翻译。

自 1994 年 Rasmus Lerdorf 创建 PHP 以来， PHP 语言经历了许多改进，其中性能是开发人员在评估新版本时考虑的主要标准之一。

阅读这篇文章，可以了解从 PHP 5 到 7（包括 7.1）的性能提升，同时也将了解到即将加入到 PHP 8 的试验性的 JIT 分支版本的性能。

简介

本文将根据时间作出更新，增加更多信息和基准测试结果，包括尚未发布的新版本，以便更好地了解多年来 PHP 性能演变。如果您有更正或建议改进，请在文后留言。

自 1994 年 Rasmus Lerdorf 创建 PHP 以来， PHP 语言经历了激烈的演进。虽然第一版是一个简单的一人开发的 CGI 程序，Rasmus Lerdorf、Andi Gutmans 和 Zeev Suraski 加入了该语言的第三个版本的开发，并根本性重新设计。从那之后， PHP 开发组也创建并发展起来。

随着项目的发展，由于 PHP 3 天然的可扩展性， PHP 在核心和附加扩展开发的功能得到了蓬勃发展，如网络通信，解析，缓存和数据库支持。

语言本身也在发展，带来了一系列的改进。这包括支持面向对象的结构，例如类，接口， traits，闭包等。

对于许多开发人员来说，仅有新功能是不够的。随着语言越来越受欢迎， PHP 社区对于提供更好性能，可扩展性和更少内存使用的需求越来越强烈。

PHP 开发团队近 20 年来一直致力于解决这些需求，虽然 PHP 3 的引入大大提高了性能，但直到 Andi Gutmans 和 Zeev Suraski 引入 Zend Engine 并发布 PHP 4， PHP 的性能才开始变得正式起来。

2000 年推出的新的内存编译器和执行器模型大大提高了 PHP 的性能（提高了 5 倍甚至 10 倍），并首次被正式的 Web 应用程序和站点所使用。我们可以说，今天 PHP 的成果远远超出了任何人在 PHP 项目诞生时的期望。

PHP 的蓬勃发展增加了改善性能的欲望。幸运的是， Zend Engine 中设计的模型为持续优化性能提供了良好的基础。

虽然 PHP 5.0 没有带来实质性的性能提升，并且在某些情况下甚至比 PHP4 更慢，一个由 Dmitry Stogov 领导的团队在社区的大力帮助下已经在后续版本中不断优化语言，在 PHP 5.6 发布的时候，在大多数情况下，性能提升在 1.5x 和 3x 之间。

2015 年 12 月， PHP 7.0 取得了重大突破。 2016 年 12 月，7.1 版本也带来了一系列增强功能。

PHP 8 性能展望

这是一个前途光明的版本，目前正在开发当中，由 Zend 的 Dmitry Stogov 主导。虽然它是基于 PHP 7.1 版本基础，但实际版本号尚未定义，所以本文称这个版本为“试验 JIT”分支下。

关键功能 JIT（Just-In-Time）编译，是一种将代码转换为另一种字节码（比如运行它的机器 CPU 的本地代码）的技术。 JIT 可以使程序运行更快。

本文涵盖了几个基准测试的结果，从 PHP 5 的第一个版本到 PHP 的试验性 JIT 分支版本，PHP 5 之前的版本性能本文不作介绍。

在写这篇文章的时候，我们很难确定 PHP 8 之前是否会有另一个主要版本，比如 PHP 7.2。但是可以假设在 PHP 8 发布时，它已经包括当前试验版 JIT 分支的强大功能。

PHP 性能评估

本文只运行纯 CPU 任务脚本的基准测试（不需要I / O操作的任务例如访问文件，网络或数据库连接）。

使用的基准测试脚本如下所示：

1. bench.php 可在PHP源代码的 php-src/Zend 目录
2. micro_bench.php 也可以在 PHP 源代码发布的 php-src/Zend 目录中找到
3. mandelbrot.php https://gist.githubusercontent.com/dstogov/12323ad13d3240aee8f1/raw/37fed3beb7e666b70e199bcf361af541b3c30d2d/b.php

基准脚本仅使用每个PHP主要版本的最新小版本运行。因此，测试的版本如下：

1. 5.0.5
2. 5.1.6
3. 5.2.17
4. 5.3.29
5. 5.4.45
6. 5.5.38
7. 5.6.28
8. 7.0.13
9. 7.1.0
10. PHP-JIT(JIT实验分支)

当然，我想确定，我们在相同的基准上运行所有小版本，例如在 5.3.0 到 5.3.29 之间。结果是有说服力的：性能方面的主要增强不是由小版本带来的，而是主要版本号的变化，例如从 PHP 5.4 到 PHP 5.5，或从PHP 5.6 到 PHP 7。

小版本没有显示任何明显的性能改进。这意味着相同的脚本应该以相同的速度运行，无论您使用 PHP 5.4.0 还是 PHP 5.4.45。

您可以查看基准进程部分，详细说明主机系统的设置，各个基准的运行方式以及如何解释时序结果。

纯 CPU 基准测试结果

这部分给出了每个 PHP 版本的基准测试结果。

每个基准列显示 3 个值：

• 时间： 执行时间，以秒和毫秒为单位
• ％rel, gain：相对于以前的版本收益的执行时间。 在下面的表格中，例如，％rel。 bench.php 和版本 5.3.29 的收益是 31.89％，意味着该脚本比 5.2.17 版本运行快 31.89％。
• %abs, gain：与 PHP 5.0 相比脚本运行的收益。 如果你看看bench.php 和试验性的 JIT 分支的这个列的交集，你会注意到，对于这个特定的测试基准，PHP 8 比 PHP 5.0 快 41 倍以上。

纯CPU基准测试的结果如下所示：

CPU基准测试

(1)测试不能在 5.3 之前的版本上运行，因为它使用了尚未实现的对象功能。
(2)此列中的结果有点偏颇，因为基准需要至少 PHP 5.3 运行。把它们当成纯粹说明，因为他们不能与 PHP 5.0 性能进行比较。
(3)这是一个 mandelbrot.php 脚本的修改版本，它运行得太快，在 7.1.0 和试验 JIT 分支无法准确的统计时间，我们在脚本中运行计算 100 次而不是 1 次。

当然，这些都是纯 CPU 的基准测试。它们不涵盖 PHP 性能的所有方面，它们可能不代表真实情况。但是结果足够显著，足以说明几个方面的问题：

• PHP 5.1 将 PHP 5.0的 性能提高了一倍多
• 5.2 和 5.3 带来了他们自己的一些性能增强，但他们没有像5.1版本那样引人注目。
• 5.4 版本是一个大的性能改进。（这里有我曾经分享过的PHP5.4的性能优化的演讲PPTPHP-5.4 Performance）
• opcache 扩展插件与 5.5 和 5.6 版捆绑在一起。当相同的脚本在 Web 服务器连续运行时，由于更快的代码加载会带来性能增强。但是，opcache 不会真正显示其在CLI模式下执行脚本的优势。
• PHP 7.0 是性能方面的一个重大突破。 Zend Engine 已经完全重新设计，我们可以在这里看到这项工作的结果。（这里有我曾经分享过的PHP7的性能优化的演讲的PPT The secret of PHP7′s Performance ）
• PHP 7.1 在 opcache 扩展中引入了 opcode 优化。这再次解释了上述表格中当与 7.0 相比时，性能的增益。(这里有我曾经分享过的PHP7.1的性能优化的演讲PPTPHP 7.1′s New Features and Performance
• 试验 JIT 分支是另一个重大突破，JIT 可以对现有代码提供很大的性能改进，但在某些情况下，你可能会注意到速度提高只有几个百分点，在最坏的情况下，它甚至可能会变慢，因为编译不会生成更快的代码。请记住，此功能目前正在开发中。

本节介绍了 3 个纯 CPU 基准测试脚本的结果。在运行通常执行的以数据库或文件访问典型场景的 PHP 应用程序时，它不会给出同样的数字，但我认为他们能够代表您对代码的某些部分期望的性能改进。

PHP 每个版本的性能提升

PHP 5 相比 PHP 4 带来了明显的改进。 Zend Engine 是 PHP 解释器的核心，它已经完全重新设计（ Zend Engine 2），为将来的增强功能奠定了基础。本文不多介绍 PHP 4 和 PHP 5 之间的差异，只简要概述的 PHP 5.0 之后发生了什么。

以下部分列出了在后续 PHP 版本中的改进。请注意，这里仅列出影响 PHP 核心的修改。有关更完整的描述，请查看 PHP 5 和 PHP 7 的change log。

PHP 5.1

• Compiled variables
• Specialized executor
• Real-path cache
• Faster switch() statement handling
• Faster array functions
• Faster variable fetches
• Faster magic method invocations

PHP 5.2

• New memory manager
• Optimized array/HashTable copying
• Optimized require_once() and include_once() statements
• Small optimization on specific internal functions
• Improved compilation of HEREDOCS and compilation of interpolated strings

PHP 5.3

• Segmented VM stack
• Stackless VM
• Compile-time constants substitution
• Lazy symbol table initialization
• Real-path cache improvement
• Improved PHP runtime speed and memory usage
• Faster language parsing
• Improved PHP binary size and code startup

PHP 5.4

• Delayed HashTable allocation
• Constant tables
• Run-Time binding caches
• Interned Strings
• Improved the output layer
• Improved ternary operator performance when using arrays

PHP 5.5

• Improved VM calling convention
• OPcache integration
• Other misc. optimizations to the Zend Engine

PHP 5.6

• Optimized empty string handling, minimizing the need to allocate new empty values

PHP 7.0

下面大部分列出的改进都与 Zend Engine 相关:

• Core data structures re-factoring
• Better VM calling convention
• New parameters parsing API
• Yet another new memory manager
• Many improvements in VM executor
• Significantly reduced memory usage
• Improved __call() and __callStatic() functions
• Improved string concatenation
• Improved character searching in strings

PHP 7.1

• New SSA based optimization framework (embedded into opcache)
• Global optimization of PHP bytecode based on type inference
• Highly specialized VM opcode handlers

PHP 8 / 下一代试验性 JIT 分支版

• Just-In-Time compiling

性能如何衡量

基准化比单纯运行 Unix 时间命令来测量脚本的执行有所区别。 这就是为什么我经历了以下步骤：

配置系统

首先我设置了一个具有以下特性的专用系统：

• 一个带有1个2.4GHz虚拟内核，2GB RAM和两个SSD驱动器的VPS，一个用于存储操作系统数据，另一个用于存储各种PHPyuan dai ma，二进制文件和报告输出
• Debian Wheezy操作系统，版本3.2.82-1
• Gnu C编译器版本4.9.2-10（Debian Jessie发行版）
• 虽然系统捆绑了Gnu C编译器版本4.7.2，但需要升级到更新的版本。 试验性 JIT 分支必须用Gnu C> = 4.8编译。

编译源代码

在构建完整发行版之前，使用以下选项运行配置脚本：

1. --prefix=/usr/local/php
2. --disable-debug
3. --disable-phpdbg
4. --enable-mysqlnd
5. --enable-bcmath
6. --with-bz2=/usr
7. --enable-calendar
8. --with-curl
9. --enable-exif
10. --enable-fpm
11. --with-freetype-dir
12. --enable-ftp
13. --with-gd
14. --enable-gd-jis-conv
15. --enable-gd-native-ttf
16. --with-gettext=/usr
17. --with-gmp
18. --with-iconv
19. --enable-intl
20. --with-jpeg-dir
21. --enable-mbstring
22. --with-mcrypt
23. --with-openssl
24. --enable-pcntl
25. --with-pdo-mysql=mysqlnd
26. --with-png-dir
27. --with-recode=/usr
28. --enable-shmop
29. --enable-soap
30. --enable-sockets
31. --enable-sysvmsg
32. --enable-sysvsem
33. --enable-sysvshm
34. --enable-wddx
35. --with-xmlrpc
36. --with-xsl
37. --with-zlib=/usr
38. --enable-zip
39. --with-mysqli=mysqlnd

注意，在编译旧版时，上面的一些选项需要被禁用或被其他替代，并且并不是所有的扩展都可用或可以被编译。

运行基准测试

每个基准测试都使用 PHP CLI 专用脚本运行，该脚本遵循以下步骤：

使用 microtime（）函数从内部获取脚本执行时间。 在此修改后，基准脚本将如下所示：

1. <?php
2.     $__start__ = microtime( true );
3.     /***
4. original benchmark script code here
5. ***/
6.     fprintf( STDERR, microtime( true ) - $__start__);
7.  ?>

执行 2 次运行，以确保 PHP 可执行文件和基准测试脚本内容都在操作系统缓存中
运行脚本 5 次，并提取最小，最大和平均运行时间，如脚本报告。 本文仅显示平均运行时间，称之为“脚本运行时间”。

php.ini 文件如下所示：

1. engine = On
2. short_open_tag = Off
3. realpath_cache_size = 2M
4. max_execution_time = 86400
5. memory_limit = 1024M
6. error_reporting = 0
7. display_errors = 0
8. display_startup_errors = 0
9. log_errors = 0
10. default_charset = "UTF-8"
11.  
12. [opcache]
13. zend_extension=opcache.so
14. opcache.enable=1
15. opcache.enable_cli=1
16. opcache.optimization_level=-1
17. opcache.fast_shutdown=1
18. opcache.validate_timestamps=1
19. opcache.revalidate_freq=60
20. opcache.use_cwd=1
21. opcache.max_accelerated_files=100000
22. opcache.max_wasted_percentage=5
23. opcache.memory_consumption=128
24. opcache.consistency_checks=0
25. opcache.huge_code_pages=1
26.  
27. // PHP 8/Next only
28. opcache.jit=35
29. opcache.jit_buffer_size=32M

分析运行结果

使用 Unix time 命令来计时，输出如下所示：

1. $ time php bench.php
2. real: 0m1.96s
3. user: 0m1.912s
4. sys: 0m0.044s

第一个值，real : 是命令开始到终止之间的时间（当你回到 shell 提示符）。

第二个值，user :说明在用户模式中花费的时间（在我们的例子中，这是在 php 可执行文件中花费的时间）。

最后一个值 sys :说明在操作系统（内核）调用中花费的时间。这个值应该是最小的，但是如果你的代码访问缓慢的设备结果会比较大。重负载的操作系统也可能影响此处报告的值。

在空闲系统上通常，数量（user + sys）应该非常接近 real。这是在上面的例子中的情况：user + sys = 1.956s，real 是 1.960s。 0.004s 的差异不属于当前进程：它仅仅意味着操作系统执行任务所花费的额外时间，例如调度。

同一个脚本在一个负载很重的系统上执行，并行编译 3 个不同的 PHP 版本：

1. $ time php bench.php
2. real: 0m7.812s
3. user: 0m2.02s
4. sys: 0m0.101s

在这里我清楚地看到，系统本身的重负载对使用的时间（也许在系统时间）有重大影响。

这就是为什么我在这个基准中保留一个额外的值，操作系统开销，这是调用的时间和（用户+系统）时间之间的差。

在纯 CPU 基准测试活动期间，我确保在 99％ 以上的时间，这个值严格小于 100 毫秒，即使运行需要几十秒钟完成的脚本。

结论

本文的目的是给你一个不同版本PHP性能的概述，从 5.0 开始，到当前正在开发的最新版本，使用一组已知的基准脚本。

它还为您提供了由每个连续 PHP 版本解决的性能改进方面的列表。

本文将随着新的 PHP 版本的公布而更新，并且将来会添加新的基准测试结果。 我也希望添加一些真实世界的 PHP 应用程序，如 WordPress 的基准测试结果。

如果您有任何问题或发现不准确，请随时发表评论。 同时，与其他对 PHP 性能感兴趣的开发人员分享这篇文章。