我的最終目標是PHP中沒有任何一行是我所撰寫的程式,而開發者應該也以此為目標。──PHP之父Rasmus Lerdorf

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20歲老牌網頁程式語言PHP,最快將在10月底釋出PHP 7新版,這是十年來的首次大改版,最大特色是在效能上的大突破,能比前一版PHP 5快上一倍,PHP之父Rasmus Lerdorf表示,甚至能比HHVM虛擬機器下的PHP程式效能更快。

HHVM是臉書為自家網站特性而量身客製的PHP優化機制,不見得適用任何網站。但Rasmus Lerdorf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技術的效能。在新版發表前夕,他也趁來臺參加PHPConf Taiwan年會時,分享PHP 7效能大突破的關鍵。

一個20年來歷經了多次改版和無數次優化的成熟語言,還能有效能提高一倍的突破絕非易事,Rasmus Lerdorf坦言,不像一般新專案多半容易找出許多改進空間,新版PHP並非修改部分程式就達到了如此的成果。反而是,透過大量細節優化和效能累加後,PHP 7才具備了不輸HHVM的執行效能。

Rasmus Lerdorf與PHP核心貢獻團隊花了許多心力減少程式運作時搬動的記憶體位元數,由此加速執行的效能。例如,PHP中儲存變數的資料架構zval從24位元縮減至16位元、Hashtable從72位元減少至56位元,並檢視PHP中的函式,思考有無任何改進效能的空間。

除了從減少記憶體的使用著手外,Rasmus Lerdorf更檢視CPU的Cache line的運作原理,了解程式碼如何與CPU互動、編譯器如何在新CPU架構下編譯程式碼等細節,確保PHP 7的程式碼符合現代CPU的架構。雖然每個項目的優化對效能貢獻都低於0.5%,但由於優化的項目很多,或是某項改善的功能會被應用程式反覆呼叫,整體修正的綜效結果就能有如此大的進展。

受HHVM刺激,決定打造兼具效能與功能的PHP

Facebook為了優化PHP運作,搭配JIT編譯而打造出虛擬機器HHVM。而HHVM雖然擁有快速的執行效能,其為特定用途優化的設計,只能滿足小部分的開發者。反之,Rasmus Lerdorf除了想提升PHP的效能表現外,也想要同時滿足高端使用者以及業餘使用者的需求,讓PHP 7成為兼備效能表現及通用功能的程式語言。

然而,開發符合市場上少部分人使用的程式語言並不是難事,但是PHP專案瞄準許多對象,必須同時符合業餘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,「這就像拿水管大範圍的噴灑,而每個人衣服都會被水沾溼一點,但是不會有人的衣服完全濕透。」Rasmus Lerdorf比喻。

不使用外掛框架的PHP的運算效能表現都很優異,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,效能大幅下降,變為只能處理數十個要求。Rasmus Lerdorf表示,在HHVM出現之前,相較於對PHP效能表現的要求,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Facebook推出HHVM後,引出許多重視PHP效能表現的使用者,讓Rasmus Lerdorf意識到許多使用者有效能表現的需求。他開始思考如何將HHVM的JIT架構與PHP融合。

但Rasmus Lerdorf表示,PHP與HHVM兩者在架構設計上相當不同,例如,HHVM的多執行緒架構並不是很穩固。此外,HHVM的可攜性並不佳,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。

Rasmus Lerdorf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Facebook及許多開發者是非常好的工具,但對於PHP專案來說,HHVM的使用範疇還不夠寬廣,只能符合Facebook或是Wikipedia等特定專案的需求。

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。Rasmus Lerdorf表示,JIT必須學會辨認程式的運作模式(Patterns),例如了解哪些部份為重要的程式碼,並且在程式運作前,預測程式被呼叫的時機,或是哪些部分的程式會呼叫。

Rasmus Lerdorf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,否則效能會大大的降低。」但是,如果預測正確,程式執行效能則會大大提升。

在一般的程式語言的編譯中加入JIT已屬不易,Rasmus Lerdorf表示,由於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$a值為1,但不代表程式所有的$ a的值都為1,由於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。如果程式中有任何地方宣告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式語言,「JIT可以預測變數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是整數型別後,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的使用者必須清楚宣告變數的性質,但是使用PHP的開發者,可以先宣告沒有性質的類別(Class),後續再指定類別的變數屬性。「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援。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。」Rasmus Lerdorf表示。

目前,PHP核心貢獻者之一的Dmitry Stogov開發一個原型JIT,並且使用某些實驗性的應用程式去測試運作。Rasmus Lerdorf表示,如果將此JIT用於執行某些重複性的運算或是迴圈程式,得以讓PHP 7效能又再快上10倍。

不過他也坦承,當此實驗性的JIT用於Wordpress時,並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,並且能真實世界中線上環境中運作,而不只是存在課本中的理論。

Rasmus Lerdorf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,又願意一天花十八小時寫程式的人去開發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式碼,「任何在成長中的專案都不應該由一個開發者主導,老舊的程式碼應該被新的程式碼替換。」而他認為,其他開發者應該以此為目標。

 


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