深入理解PHP Opcode緩衝原理

標籤：操作   htm   byte   cti   語言   .net   optimizer   運算式   為什麼   

什麼是opcode緩衝？

當解譯器完成對指令碼代碼的分析後，便將它們產生可以直接啟動並執行中間代碼，也稱為作業碼（Operate Code，opcode）。Opcode cache的目地是避免重複編譯，減少CPU和記憶體開銷。如果動態內容的效能瓶頸不在於CPU和記憶體，而在於I/O操作，比如資料庫查詢帶來的磁碟I/O開銷，那麼opcode cache的效能提升是非常有限的。但是既然opcode cache能帶來CPU和記憶體開銷的降低，這總歸是好事。

現代作業碼緩衝器（Optimizer+，APC2.0+，其他）使用共用記憶體進行儲存，並且可以直接從中執行檔案，而不用在執行前“還原序列化”代碼。這將帶來顯著的效能加速，通常降低了整體伺服器的記憶體消耗，而且很少有缺點。

為什麼要使用Opcode緩衝？

這得從PHP代碼的生命週期說起，請求PHP指令碼時，會經過五個步驟，如所示：

Zend引擎必須從檔案系統讀取檔案、掃描其詞典和運算式、解析檔案、建立要執行的電腦代碼（稱為Opcode），最後執行Opcode。每一次請求PHP指令碼都會執行一遍以上步驟，如果PHP原始碼沒有變化，那麼Opcode也不會變化，顯然沒有必要每次都重行產生Opcode，結合在Web中無所不在的緩衝機制，我們可以把Opcode緩衝下來，以後直接存取緩衝的Opcode豈不是更快，啟用Opcode緩衝之後的流程圖如下所示：

有那些PHP opcode快取區外掛程式？

Optimizer+（Optimizer+於2013年3月中旬改名為Opcache，PHP 5.5整合Opcache，其他的會不會消失？）、eAccelerator、xcache、APC ...

PHP opcode原理

Opcode是一種PHP指令碼編譯後的中繼語言，就像Java的ByteCode,或者.NET的MSL，舉個例子，比如你寫下了如下的PHP代碼：

 

1. <?php
2.    echo "Hello World";
3.    $a = 1 + 1;
4.    echo $a;
5. ?>

PHP執行這段代碼會經過如下4個步驟(確切的來說，應該是PHP的語言引擎Zend)

1. Scanning(Lexing) ,將PHP代碼轉換為語言片段(Tokens)
2. Parsing, 將Tokens轉換成簡單而有意義的運算式
3. Compilation, 將運算式編譯成Opocdes
4. Execution, 順次執行Opcodes，每次一條，從而實現PHP指令碼的功能

題外話：現在有的Cache比如APC,可以使得PHP緩衝住Opcodes，這樣，每次有請求來臨的時候，就不需要重複執行前面3步，從而能大幅的提高PHP的執行速度。

那什麼是Lexing? 學過編譯原理的同學都應該對編譯原理中的詞法分析步驟有所瞭解，Lex就是一個詞法分析的依據表。 Zend/zend_language_scanner.c會根據Zend/zend_language_scanner.l(Lex檔案),來輸入的 PHP代碼進行詞法分析，從而得到一個一個的“詞”，PHP4.2開始提供了一個函數叫token_get_all,這個函數就可以講一段PHP代碼 Scanning成Tokens；

如果用這個函數處理我們開頭提到的PHP代碼，將會得到如下結果:

 

1. Array
2. (
3.     [0] => Array
4.         (
5.            [0] => 367
6.            [1] => Array
7.         (
8.             [0] => 316
9.             [1] => echo
10.         )
11.     [2] => Array
12.         (
13.             [0] => 370
14.             [1] =>
15.         )
16.     [3] => Array
17.         (
18.             [0] => 315
19.             [1] => "Hello World"
20.         )
21.     [4] => ;
22.     [5] => Array
23.         (
24.             [0] => 370
25.             [1] =>
26.         )
27.     [6] => =
28.     [7] => Array
29.         (
30.             [0] => 370
31.             [1] =>
32.         )
33.     [8] => Array
34.         (
35.             [0] => 305
36.             [1] => 1
37.         )
38.     [9] => Array
39.         (
40.             [0] => 370
41.             [1] =>
42.         )
43.     [10] => +
44.     [11] => Array
45.         (
46.             [0] => 370
47.             [1] =>
48.         )
49.     [12] => Array
50.         (
51.             [0] => 305
52.             [1] => 1
53.         )
54.     [13] => ;
55.     [14] => Array
56.         (
57.             [0] => 370
58.             [1] =>
59.         )
60.     [15] => Array
61.         (
62.             [0] => 316
63.             [1] => echo
64.         )
65.     [16] => Array
66.         (
67.             [0] => 370
68.             [1] =>
69.         )
70.     [17] => ;
71. )

分析這個返回結果我們可以發現，源碼中的字串，字元，空格，都會原樣返回。每個原始碼中的字元，都會出現在相應的順序處。而，其他的比如標籤，操作符，語句，都會被轉換成一個包含倆部分的Array: Token ID (也就是在Zend內部的改Token的對應碼，比如,T_ECHO,T_STRING)，和源碼中的原來的內容。

接下來，就是Parsing階段了，Parsing首先會丟棄Tokens Array中的多於的空格，然後將剩餘的Tokens轉換成一個一個的簡單的運算式

 

1. echo a constant string
2. add two numbers together
3. store the result of the prior expression to a variable
4. echo a variable

然後就改Compilation階段了，它會把Tokens編譯成一個個op_array, 每個op_arrayd包含如下5個部分：

 

1. Opcode數位標識，指明了每個op_array的操作類型，比如add , echo
2. 結果 存放Opcode結果
3. 運算元1 給Opcode的運算元
4. 運算元2
5. 擴充值1個整形用來區別被重載的操作符

比如，我們的PHP代碼會被Parsing成:

1. * ZEND_ECHO ‘Hello World‘
2. * ZEND_ADD ~0 1 1
3. * ZEND_ASSIGN !0 ~0
4. * ZEND_ECHO !0

你可能會問了，我們的$a去那裡了？

這個要介紹運算元了，每個運算元都是由以下倆個部分組成：

1. op_type : 為IS_CONST, IS_TMP_VAR, IS_VAR, IS_UNUSED, or IS_CV b)
2. u,一個聯合體，根據op_type的不同，分別用不同的類型儲存了這個運算元的值(const)或者左值(var)

而對於var來說，每個var也不一樣

IS_TMP_VAR, 顧名思義，這個是一個臨時變數，儲存一些op_array的結果，以便接下來的op_array使用，這種的運算元的u儲存著一個指向變數表的一個控制代碼（整數），這種運算元一般用~開頭，比如~0,表示變數表的0號未知的臨時變數

IS_VAR 這種就是我們一般意義上的變數了,他們以$開頭表示

IS_CV 表示ZE2.1/PHP5.1以後的編譯器使用的一種cache機制，這種變數儲存著被它引用的變數的地址，當一個變數第一次被引用的時候，就會被CV起來，以後對這個變數的引用就不需要再次去尋找active符號表了，CV變數以！開頭表示。

這麼看來，我們的$a被最佳化成!0了。

參考：http://www.laruence.com/2008/06/18/221.html

深入理解PHP Opcode緩衝原理