如何优化php内存,PHP7内存性能优化的思想精髓

前面我们讨论了内存的工作原理，也进行了一些性能相关的测试。那么今天开始我们来看几个在实践中的应用。首先我们先从PHP开始。

2015年，PHP7的发布可以说是在技术圈里引起了不小的轰动，因为它的执行效率比PHP5直接翻了一倍。PHP7在内存方面，你是否知道作者都进行了哪些优化？你是否能够深层次理解到作者优化思路的精髓？

让我们从几个核心的数据结构改进开始看起。

PHP7 zval变化

1、php5.3中的zval：typedef unsigned int zend_object_handle;

typedef struct _zend_object_value {

zend_object_handle handle;

zend_object_handlers *handlers;

} zend_object_value;

typedef union _zvalue_value {

long lval; /* long value */

double dval; /* double value */

struct {

char *val;

int len;

} str;

HashTable *ht; /* hash table value */

zend_object_value obj;

} zvalue_value;

struct _zval_struct {

/* Variable information */

zvalue_value value; /* value */

zend_uint refcount__gc;

zend_uchar type; /* active type */

zend_uchar is_ref__gc;

};

我们这里只讨论64位操作系统下的情况。该_zval_struct结构体中的由四个成员构成，其中zvalue_value稍微复杂一些，是一个联合体。联合体中最长的成员是一个指针加一个int，8+4=12字节。但是默认情况下，会进行内存对齐，故_zval_struct会占用16字节。 那么_zval_struct总的字节 = value(16)+ refcount__gc(4)+ type(1)+ is_ref__gc(1)= 占用22字节。

最后再考虑下内存对齐，实际占用24字节。(如果算的有点晕话，感兴趣的同学可以写段简单的测试代码，使用sizeof查看一下)

2、PHP7.2中的zvaltypedef struct _zval_struct zval;

typedef union _zend_value {

zend_long lval; /* long value */

double dval; /* double value */

zend_refcounted *counted;

zend_string *str;

zend_array *arr;

zend_object *obj;

zend_resource *res;

zend_reference *ref;

zend_ast_ref *ast;

zval *zv;

void *ptr;

zend_class_entry *ce;

zend_function *func;

struct {

uint32_t w1;

uint32_t w2;

} ww;

} zend_value;

struct _zval_struct {

zend_value value; /* value */

union {

struct {

ZEND_ENDIAN_LOHI_4(

zend_uchar type,

zend_uchar type_flags,

zend_uchar const_flags,

zend_uchar reserved)

} v;

int type_info;

} u1;

union { ...... } u2;

};

7.2中的_zval_struct结构体里由3个成员构成，其中zend_value看起来比较复杂，实际上只是一个8字节的联合体。 u1也是一个联合体，占用是4个字节。u2也一样。这样_zval_struct就实际占用16个字节。

PHP7 HashTable变化

1、PHP5.3里的HashTable:typedef struct _hashtable {

uint nTableSize;

uint nTableMask;

uint nNumOfElements; //注意这里：浪费ing

ulong nNextFreeElement;

Bucket *pInternalPointer; /* Used for element traversal */

Bucket *pListHead;

Bucket *pListTail;

Bucket **arBuckets;

dtor_func_t pDestructor;

zend_bool persistent;

unsigned char nApplyCount;

zend_bool bApplyProtection;

} HashTable;

再5.3里HashTable就是一个大struct， 有点小复杂，我们拆开了细说，uint nTableSize 4字节

uint nTableMask 4字节

uint nNumOfElements 4字节，

ulong nNextFreeElement 8字节 注意这前面的4个字节会被浪费掉，因为nNextFreeElement的开始地址需要对齐

Bucket *pInternalPointer 8字节

Bucket *pListHead 8字节

Bucket *pListTail 8字节

Bucket **arBuckets 8字节

dtor_func_t pDestructor 8字节

zend_bool persistent 1字节

unsigned char nApplyCoun 1字节

zend_bool bApplyProtection 1字节

最终总字节数 = 4+4+4+4(nNextFreeElement前面这四个字节会留空)+8+8+8+8+8+8+1+1+1 = 67字节。

再加上结构体本身要对齐到8的整数倍，所以实际占用72字节。

2、PHP7.2里的HashTable:typedef struct _zend_array HashTable;

struct _zend_array {

zend_refcounted_h gc;

union {

struct {

ZEND_ENDIAN_LOHI_4(

zend_uchar flags,

zend_uchar nApplyCount,

zend_uchar nIteratorsCount,

zend_uchar consistency)

} v;

uint32_t flags;

} u;

uint32_t nTableMask;

Bucket *arData;

uint32_t nNumUsed;

uint32_t nNumOfElements;

uint32_t nTableSize;

uint32_t nInternalPointer;

zend_long nNextFreeElement;

dtor_func_t pDestructor;

};s

在7.2里HashTablezend_refcounted_h gc 看起来唬人，实际就是个long，占用8字节

union... u 占用4字节

uint32_t 占用4字节

Bucket* 指针占用8字节

uint32_t nNumUsed 占用4字节

uint32_t nNumOfElements 占用4字节

uint32_t nTableSize 占用4字节

uint32_t nInternalPointer 占用4字节

zend_long nNextFreeElement 占用8字节

dtor_func_t pDestructor 占用8字节总字节数 = 8+4+4+8+4+4+4+4+8+8 = 56字节

占用56字节，并且正好达到了内存对齐的状态，没有额外的浪费。另外还有PHP源代码里经常出镜的Buckets也从72下降到了32字节，这里我就不翻源代码了。

优化思路精髓

我们看了两个核心数据结构的结构体变化，这上面的优化都是什么含义呢？ 拿HashTable举例，貌似从72字节优化到了56字节，这内存节约的也不是特别多嘛，才20%多而已！

但这中间其实隐藏了两个较深层次优化思路

第一、CPU在向内存要数据的时候是以Cache Line为单位进行的，而我们说过Cache Line的大小就是64字节。回过头来看HashTable，在7.2里的56字节，只需要CPU向内存进行一次Cache Line大小的burst IO，就够了。而在5.3里的72字节，虽然只比Cache Line大了那么一丢丢，但是对不起，必须得进行两次burst IO才可以。 所以，在计算机里，72字节相对56字节实际上是翻倍的性能提升！！

第二、CPU的L1、L2、L3的容量是固定的几十K或者几十M。假设Cache的都是HashTable，那么Cache容量不变的条件下，PHP7里能Cache住的HashTable数量将会翻倍，缓存命中率提升一大截。要知道L1命中后只需要1ns多一点的耗时，而如果穿透到内存的话可能就需要40多纳秒的延时了，整整差了几十倍。

所以PHP内核的作者大牛深谙CPU与内存的工作原理，表面上看起来只是几个字节的节约，但是实际上爆发出了巨大的性能提升！！

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