本文介绍OpCode缓存的概念及其对PHP性能的影响。通过使用ZendOpCache或APC等工具，开发者能在生产环境中显著提升PHP应用的速度。文章还讨论了如何安装配置这些工具，并介绍了填充缓存的方法。
什么是 OpCode 缓存
OpCode 缓存是PHP性能增强的扩展，它们通过将自己注入PHP的执行生命周期，并缓存编译阶段的结果，以便以后重用。近通过启用 OpCode 缓存即可看到3倍的性能提升并不罕见。
什么时候该使用OpCode缓存
鉴于 OpCode 缓存几乎没有额外的内存使用(存储缓存)的副作用，它们应该始终在生产环境中使用。要担心的主要副作用是初始缓存造成的一些开销和缓存丢失(新服务器、重启 Apache / php-fpm、重启机器) 以及可能导致所谓的 cache stampede 效应。当然，这可以通过启动高速缓存来缓解。
哪个 OpCode 缓存
在整个 PHP 生命周期中，都有一些 OpCode 缓存；第一个是来自 Zend，然后它是专有的。因此，在过去的几年中，主要是使用 APC 替代 PHP 缓存。虽然 APC 很优秀，但是它缺乏 Zend 的一些功能。另外还缺少维护人员，对其进行升级。
随着 PHP 5.5发布，Zend 开源了自己的缓存产品， 以 Zend OpCache 来命名。并将其包含在 PHP 中。
Zend OpCache 性能比 APC 更高，功能更加全面，更可靠。 然而，Zend OpCache 不包含由 APC 提供的辅助功能 - 用户变量缓存。为了缓解这个问题，发布了一个新的扩展 apcu，它只提供用户变量缓存功能，并且 100% 兼容 APC 的实现。
虽然 Zend 开源了自己的缓存方案，但是 APC 仍然广泛的使用者，并且对于 OpCode 缓存仍然是一个不错的选择。
安装
安装任何以下扩展后，你都必须要重启 PHP 才行，无论是通过重启 Apache 还是 PHP-FPM。
Zend OpCache
对于 PHP 5.5 及以上，Zend OpCache 默认都被编译为一个共享的扩展，除非你编译 PHP 时指定 --disable-all 。要启用它，你必须在 编译 PHP 时加上 --enable-opcache。
对于 PHP 5.4 或者更早的版本(> = 5.2)，则可以使用 PECL 来安装：
$ pecl install zendopcache-beta
PECL 命令将尝试自动更新你的 php.ini 配置文件。你可以使用下面命令查看 pecl 将尝试更新的文件：
$ pecl config-get php_ini
它只是简单的将新的配置添加到指定文件顶部(如果有的话)。你也可以自己将它们移动到更合适的位置。
[zendopcache]
zend_extension=/full/path/to/opcache.so ; 可能由 PECL 添加
opcache.memory_consumption=128
opcache.interned_strings_buffer=8
opcache.max_accelerated_files=4000
opcache.revalidate_freq=60
opcache.fast_shutdown=1
opcache.enable_cli=1
如果你不知道扩展完整的路径，你可以看看 php.ini 中指定的 extension_dir 路径。另外，如果你通过 PECL 安装，它会输出一行(非常接近它的输出结尾)，如下所示：/usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20100525/opcache.so
APCu - APC 的用户变量缓存(可选)
如果想使用 APC 的用户变量缓存，你还得安装 APCu。APCu 可以通过 PECL 安装。APCu 完全向后兼容 APC。APCu 不应该和 APC 一起安装。
$ pecl install apcu-beta
然后安装时，会提出两个问题，你可以直接使用这两个问题的默认值就好了。
和 Zend OpCache 一样，pecl 安装时可能已经为你在配置文件中增加了相应的行。当然，你可以将它们移到合适的位置。
[apcu]
extension=apcu.so ; 可能由 PECL 添加
apc.serializer=php ; 有关详细信息，请参阅错误报告：http://ey.io/1aJhcOY
配置好后，你现在可以使用apc_用户变量缓存功能了。
APC - 替代 PHP 缓存
要安装 APC，你将在此使用 PECL：
$ pecl install apc-beta
安装的时候，会有以下选项，你可以直接选默认值就好。
一旦安装成功，它将自动在 php.ini 中添加配置：
[APC]
extension=apc.so
apc.enable=1
Engine Yard的PHP性能工具
- 一套帮助改善 PHP 性能的工具
- 开源项目，基于 Apache 2.0 许可
- GitHub地址：http://github.com/engineyard/ey-php-performance-tools
- 可以使用 Composer 安装
要使用 Composer 安装，需要将以下内容添加到composer.json中：
"repositories":[
{
"type": "vcs",
"url": "http://github.com/engineyard/ey-php-performance-tools"
}
],
"require": {
"php": ">=5.3.3",
"engineyard/php-performance-tools": "dev-master"
}
然后在终端中执行下列命令：
$ composer update engineyard/php-performance-tools
这就将最新版本的 Engine Yard 的PHP性能工具安装好了。
使用
Zend OpCache 和 APC 在操作中都是透明的 - 当执行一个 PHP 文件时，OpCode 将被缓存，以备重用。
然后，正如我们所提到的，可能会引发 cache stampede效应。出现这种情况大多是系统负载过高，且缓存不可用的情况下 - 因为尚未构建或由于某些原因，缓存已经被清除。
为了解决这个问题，你可以预先填充缓存，这被称呼为填充缓存。
填充缓存(Zend OpCache)
不幸的是，还没有(当然，可能是我不知道)一个很好的方式来填充 Zend OpCache。Zend OpCache 自己提供了一些方法来做到这些，不过我觉得不是很好用。
当然，你也可以使用一些笨办法来达到这一目的：
- 发送多个 Web 请求到服务器，从而导致 Zend OpCache 缓存生成的 OpCode。
- 只适合用于当前未处于负载状态的服务器
- 这可能是很多的请求，且需要一些时间来缓存所需的代码
- 在部署代码时，使用多个文档根目录来保存尽可能多的缓存。
HTTP 缓存
实现我们的第一选择的一种方法，就是使用我们的集成测试的测试套件(或其子套件)。如果没有的话，我们可以写个简单的爬虫脚本来完成这些请求。
在Engine Yard的PHP性能工具库中，提供了一个简单的 HTTP Cache Primer 工具。这个简单的脚本使用 pecl_http 扩展并行地执行多个请求，在 MacBook Air 上，大约 4 秒执行超过 100 个请求。
如果没有安装 pecl_http，脚本会一个个顺序执行，会比并行执行慢很多
要使用它，请在当前目录中创建一个基于 config.php-dist的config.php，其中包含你希望执行的 URL 列表，如下：
return [
/* URLs to cache */
'urls' => [
'http://xxx.com/',
'http://xxx.com/user/login',
'http://xxx.com/user/register',
'http://xxx.com/privary'
],
/* 需要多少并发, 需要 pecl_http 扩展的支持 */
'threads' => 3
]
然后我们运行它：
$ /path/to/vendor/bin/cache-primer
这将产生如下输出：
=== Cache Primer ===
Attempting to cache 4 URLs:
Running in parallel with 3 concurrent requests
...!
Cached 3 URLs in 0.6162059307098 seconds
Encountered 1 errors
或者使用更多的 URL：
=== Cache Primer ===
Attempting to cache 104 URLs:
Running in parallel with 10 concurrent requests
............................................................................!...........................
Cached 103 URLs in 4.6162059307098 seconds
Encountered 1 errors
以这种填充方式的一个优点是，几乎可以填充任何 HTTP 高速缓存，例如 Varnish 或 Squid
Zend OpCache 自带的方式
新的 Zend OpCache 中 添加了 opcode_compile_file()，只需要使用 zend-primer 就可以填充当前启用的缓存。
填充缓存 (APC)
你可以想 Zend OpCache 一样，使用 HTTP 请求来填充缓存，你也可以直接使用 APC 提供的直接填充缓存的方法。而我们仍然需要向 Web 服务器发送请求，我们可以用单个请求缓存整改代码库。
我们可以使用 APC 提供的 apc_compile_file()函数做到这一点，该函数将编译指定文件，并将其添加到缓存中。这意味着，我们可以编译任何有效的 PHP 文件，类，模版等。
类似于 HTTP 填充缓存，我们需要创建一个基于 config.php-dist 的 config.php 文件，只是这次它包含的不再是 URL 列表，而是编译文件的目录列表，以及 HTTP Basic 身份 (可选) 配置。
HTTP Basic 身份验证为此脚本提供了最少的保护，更好的方式是禁用此身份验证，并将脚本包含在系统管理界面中。
if (!defined('DS')) {
define('DS', DIRECTORY_SEPARATOR);
}
return [
/* 身份验证 */
'auth' => [
'enable' => true,
'username' => 'admin',
'password' => 'admin',
],
/* 缓存路径(递归) */
'paths' => [
__DIR__ . DS . '..' . DS . '..' . DS . 'config',
__DIR__ . DS . '..' . DS . '..' . DS . 'module',
__DIR__ . DS . '..' . DS . '..' . DS . 'vendor',
__DIR__ . DS . '..' . DS . '..' . DS . 'public'
]
];
创建此文件后，你可以将其打包成 phar 归档包，或者将其集成到任何其他已有的管理界面中。
当你请求此文件时，先进行身份验证，验证成功后，会递归遍历配置中的内容，查找具有 .php 和 .phtml 扩展名的所有文件; 然后过滤掉重复文件，最后将它们添加到缓存中。
当运行时，会得到类似下面的输出：
Cached 4841 files in 2.1302671432495 seconds
这种方式只需要一次请求即可完成，为实际客户端留下更多的资源。
但是，缺点在于，我们不能像之前的方式那样可以填充 Varnish 或者其他缓存。
底层
无论你使用哪种 OpCache，它们的工作方式几乎是一样的。它们将自己注入到执行生命周期中，并在对时间内重复使用。Zend OpCache 还将在创建缓存时执行一些优化。
执行生命周期
PHP 时一种脚本语言，大多数人认为它不是编译执行的。虽然传统意义上，这确实是正确的，因为我们没有调用 GCC 或者 javac；事实上，每次请求 PHP 脚本时，都经过了编译操作。其实 PHP 和 JAVA 的生命周期时非常相似的，因为它们都编译为中间指令集(OpCode 或者字节码)，然后在虚拟机 (Zend VM 或 JVM) 中运行。
解析和编译阶段很慢。当我们添加一个 opcache 时，我们通过存储解析和编译极端的结果来缩短这个过程，只需要执行一次就可以动态的运行。事实上，我们现在更接近于 JAVA 的生命周期；主要区别是我们保存到共享内存中，而不是文件中，并且如果脚本发生变更，可以自动重新编译。
Token 和 OpCodes
一旦获得了你的 PHP 代码，就会创建两个标识码。第一个是 Token，这是一种将代码分解为小块的方法，以便引擎将其编译成第二种码：OpCodes。OpCodes 是Zend VM 执行的实际指令。
用 Hello World 来看 Token 和 OpCode
你学编程写的第一个程序是不是 Hello World？ 应该是吧！ 那我们这里也用 Hello World 来演示下 Token 和 Opcodes。
<?php
class Greeting {
public function sayHello($to) {
echo "Hello $to";
}
}
$greeter = new Greeting();
$greeter->sayHello("World");
?>
令牌化
| Token 名 | 值 |
|---|---|
| T_OPEN_TAG | <?php |
| T_CLASS | class |
| T_WHITESPACE | |
| T_STRING | Greeting |
| T_WHITESPACE | |
| { | |
| T_WHITESPACE | |
| T_PUBLIC | public |
| T_WHITESPACE | |
| T_FUNCTION | function |
| T_WHITESPACE | |
| T_STRING | sayHello |
| ( | |
| T_VARIABLE | $to |
| ) | |
| T_WHITESPACE | |
| { | |
| T_WHITESPACE | |
| T_ECHO | echo |
| T_WHITESPACE | |
| " | |
| T_ENCAPSED_AND_WHITESPACE | Hello |
| T_VARIABLE | $to |
| " | |
| ; | |
| T_WHITESPACE | |
| } | |
| T_WHITESPACE | |
| } | |
| T_WHITESPACE | |
| T_VARIABLE | $greeter |
| T_WHITESPACE | |
| = | |
| T_WHITESPACE | |
| T_NEW | new |
| T_WHITESPACE | |
| T_STRING | Greeting |
| ( | |
| ) | |
| ; | |
| T_WHITESPACE | |
| T_VARIABLE | $greeter |
| T_OBJECT_OPERATOR | -> |
| T_STRING | sayHello |
| ( | |
| T_CONSTANT_ENCAPSED_STRING | "World" |
| ) | |
| ; | |
| T_WHITESPACE | |
| T_CLOSE_TAG | ?> |
如上所示，大部分代码片段的名字都是以 T_ 开头然后是一个描述性的词。这是臭名昭着的TPAAMAYIMNEKUDOTAYIM错误来自：它代表双冒号。
有些令牌没有T_名称，这是因为它们是一个单一的字符，如果这里给它们分配一个更大的名字，显然没有意义而去很浪费。
上面看到变量的插值也很有意思("Hello $to")，采用两个字符串。第一个，将插值变量分为四个独特的操作码：
| " | |
|---|---|
| T_ENCAPSED_AND_WHITESPACE | Hello |
| T_VARIABLE | $to |
| " |
然后非插值字符串只是一个：
| T_CONSTANT_ENCAPSED_STRING | "Worl" |
有了这个观点，我们可以看到我们如何以很小的方式开始影响性能。
用于生成 Token 名单的脚本：
#!/usr/bin/env php
<?php
if (!isset($_SERVER['argv'][1])) {
echo "Usage: {$_SERVER['argv'][0]} <filename>" . PHP_EOL;
exit;
}
$tokens = token_get_all(file_get_contents($_SERVER['argv'][1]));
foreach ($tokens as $token) {
if (is_integer($token[0])) {
echo str_pad(token_name($token[0]), 28);
echo trim($token[1]);
} else {
echo str_repeat(" ", 28);
echo $token[0];
}
echo PHP_EOL;
}
?>
OpCodes
接下来，让我们看看编译成 OpCodes 后的样子。
要获取 OpCodes，我们需要安装 VLD (Vulcan Logic Dumper) 扩展。
$ pecl install vld-beta
并确保以下内容已经成功添加到 php.ini 中：
extension=vld.so
安装成功后，你可以在命令行中，使用以下命令 dump 任何代码的 OpCodes：
$ php -dvld.active=1 -dvld.execute=0 <file>
VLD dumps 全局代码(主脚本)，全局函数和类函数。但是，我们先看看我们的类函数，以便遵循与代码本身相同的流程。
了解 VLD dumps
VLD dumps 通常是多个 dumps，一个用户主脚本，一个用户每个全局函数和类函数，每个 dump 结构相同。
首先列出(如果适用)该类和函数，然后列出文件名，接下来是函数的名称。
Class Greeting:
Function sayhello:
filename: ./Greeting.php
function name: sayHello
接下来，它列出了 dumps 中的 OpCodes 总数：
number of ops: 8
再然后，列出编译的变量：
compiled vars: !0 = $to
最后,它列出了 OpCodes ,每一行,标题行下:
line # * op fetch ext return operands
------------------------------------------------------------------------
每个 OpCodes 有以下几点：
- line： 在源文件中的行号
- *：进入点(左对齐)和出口点(右对齐)
- op：OpCodes 名
- fetch：全局变量详细信息
- ext：与 OpCodes 相关联的额外数据
- return：返回数据的位置
- operands：OpCodes 使用的操作数（例如两个变量的连接）
并非所有列都适用于所有 OpCodes。
变量
Zend Engine 中有多种类型的变量。所有变量都使用标识符。
- 带有感叹号(!) 前缀的变量是编译变量(CVs) - 这些是用户空间变量的指针
- 前缀为波浪号(~)的变量是用于进程内操作的临时存储(TMP_VAR)的临时变量
- 以$（$）为前缀的变量是另一种类型的临时变量（VAR），它们与用户空间变量（如CVs）相关联，因此需要重新计数。
- 以冒号（:)作为前缀的变量是用于将查询结果存储在类哈希表中的临时变量
Dumping Hello World
Class Greeting:
Function sayhello:
number of ops: 8
compiled vars: !0 = $to
line # * op fetch ext return operands
----------------------------------------------------------------------------
3 0 > EXT_NOP
1 RECV !0
5 2 EXT_STMT
3 ADD_STRING ~0 'Hello+'
4 ADD_VAR ~0 ~0, !0
5 ECHO ~0
6 6 EXT_STMT
7 > RETURN null
我们看到我们在类Greeting中的函数sayHello中，我们有一个编译变量$ to，它由！0标识。
接下来，按照操作码列表（忽略no-op），我们可以看到：
RECV：该函数接收分配给!0（表示$to）的值ADD_STRING：接下来，我们创建一个由~，~0标识的临时变量，并分配静态字符串'Hello +'，其中+表示空格ADD_VAR：之后，我们将我们的变量!0的内容连接到我们的临时变量~0ECHO：然后我们打印这个临时变量RETURN：最后，功能结束时我们什么也不返回
接下来，看看主脚本：
这里我们看到一个编译变量$greeter，由!0标识。所以让我们来看看这一点，我们再次no-op的操作。
FETCH_CLASS：首先我们查找类Greeter; 我们将此参考存储在 :1NEW：然后我们实例化一个类的实例（:1），并将其分配给一个VAR，$2DO_FCALL_BY_NAME：调用构造函数ASSIGN：接下来我们将生成的对象（VAR $2）分配给我们的CV（!0）INIT_METHOD_CALL：我们开始调用sayHello方法SEND_VAL：将"World"传递给该方法DO_FCALL_BY_NAME：执行该方法RETURN：脚本成功结束，隐式返回值为1
去对你的应用进行优化吧
使用 OpCode，它会给你的应用提升的性能，另外使用 Zend OpCache 你可以对你的项目进行大量的优化。
使用操作码缓存不应该是可选的，它将使你能够以很少的精力从硬件中获得更多的性能。如果你还没有使用，为什么不呢？
资源
- Zend OpCache 源码: https://github.com/zendtech/ZendOptimizerPlus/
- Zend OpCache PECL 包: http://pecl.php.net/package/ZendOpcache
- APC 源码: http://svn.php.net/viewvc/pecl/apc/
- APC PECL 包: http://pecl.php.net/package/apc
- 了解 Opcodes (Sara Golemon): http://blog.golemon.com/2008/01/understanding-opcodes.html
- 使用 VLD 进行多源分析 (Derick Rethans): http://derickrethans.nl/more-source-analysis-with-vld.html
写到凌晨 1:42 才写完，而且还是在公司写的。? 这就是我的五一假期。
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