PHP 性能分析与实验（二）——性能的微观分析

在上一篇文章中，我们从 PHP 是解释性语言、动态语言和底层实现等三个方面，探讨了 PHP 性能的问题。本文就深入到 PHP 的微观层面，我们来了解 PHP 在使用和编写代码过程中，性能方面，可能需要注意和提升的地方。

在开始分析之前，我们得掌握一些与性能分析相关的函数。这些函数让我们对程序性能有更好的分析和评测。

一、性能分析相关的函数与命令

1.1、时间度量函数

平时我们常用 time() 函数，但是返回的是秒数，对于某段代码的内部性能分析，到秒的精度是不够的。于是要用 microtime 函数。而 microtime 函数可以返回两种形式，一是字符串的形式，一是浮点数的形式。不过需要注意的是，在缺省的情况下，返回的精度只有4位小数。为了获得更高的精确度，我们需要配置 precision。

如下是 microtime 的使用结果。

$start= microtime(true);

echo $start."\n";

$end = microtime(true);

echo $end."\n";

echo ($end-$start)."\n";

输出为：

bash-3.2# phptime.php

1441360050.3286

1441360050.3292

0.00053000450134277

而在代码前面加上一行：

    ini_set("precision", 16);

输出为：

bash-3.2# phptime.php

1441360210.932628

1441360210.932831

0.0002031326293945312

除了 microtime 内部统计之外， 还可以使用 getrusage 来取得用户态的事长。在实际的操作中，也常用 time 命令来计算整个程序的运行时长，通过多次运行或者修改代码后运行，得到不同的时间长度以得到效率上的区别。 具体用法是：time phptime.php ，则在程序运行完成之后，不管是否正常结束退出，都会有相关的统计。

bash-3.2# time phptime.php

1441360373.150756

1441360373.150959

0.0002031326293945312

real 0m0.186s

user 0m0.072s

sys 0m0.077s

因为本文所讨论的性能问题，往往分析上百万次调用之后的差距与趋势，为了避免代码中存在一些时间统计代码，后面我们使用 time 命令居多。

1.2、内存使用相关函数

分析内存使用的函数有两个：memory_ get_ usage、memory_ get_ peak_usage，前者可以获得程序在调用的时间点，即当前所使用的内存，后者可以获得到目前为止高峰时期所使用的内存。所使用的内存以字节为单位。

$base_memory= memory_get_usage();

echo "Hello,world!\n";

$end_memory= memory_get_usage();

$peak_memory= memory_get_peak_usage();

echo $base_memory,"\t",$end_memory,"\t",($end_memory-$base_memory),"\t", $peak_memory,"\n";

输出如下：

bash-3.2# phphelloworld.php

Hello,world!224400 224568 168 227424

可以看到，即使程序中间只输出了一句话，再加上变量存储，也消耗了168个字节的内存。

对于同一程序，不同 PHP 版本对内存的使用并不相同，甚至还差别很大。

$baseMemory= memory_get_usage();

class User

{

private $uid;

function __construct($uid)

  {

$this->uid= $uid;

  }

}

for($i=0;$i<100000;$i++)

{

$obj= new User($i);

if ( $i% 10000 === 0 )

  {

echo sprintf( '%6d: ', $i), memory_get_usage(), " bytes\n";

  }

}

echo "  peak: ",memory_get_peak_usage(true), " bytes\n";

在 PHP 5.2 中，内存使用如下：

[root@localhostphpperf]# php52 memory.php

0: 93784 bytes

10000: 93784 bytes

…… 80000: 93784 bytes

90000: 93784 bytes

peak: 262144 bytes

PHP 5.3 中，内存使用如下

[root@localhostphpperf]# phpmemory.php

0: 634992 bytes

10000: 634992 bytes

…… 80000: 634992 bytes

90000: 634992 bytes

peak: 786432 bytes

可见 PHP 5.3 在内存使用上要粗放了一些。

PHP 5.4 - 5.6 差不多，有所优化：

[root@localhostphpperf]# php56 memory.php

0: 224944 bytes

10000: 224920 bytes

…… 80000: 224920 bytes

90000: 224920 bytes

peak: 262144 bytes

而 PHP 7 在少量使用时，高峰内存的使用，增大很多。

[root@localhostphpperf]# php7 memory.php

0: 353912 bytes

10000: 353912 bytes

…… 80000: 353912 bytes

90000: 353912 bytes

peak: 2097152 bytes

从上面也看到，以上所使用的 PHP 都有比较好的垃圾回收机制，10万次初始化,并没有随着对象初始化的增多而增加内存的使用。PHP7 的高峰内存使用最多，达到了接近 2M。

下面再来看一个例子，在上面的代码的基础上，我们加上一行，即如下加粗的一行：

$obj->self = $obj;

代码如下：

$baseMemory= memory_get_usage();

class User

{

private $uid;

function __construct($uid)

  {

$this->uid= $uid;

  }

}

for($i=0;$i<100000;$i++)

{

$obj= new User($i);

$obj->self = $obj;

if ( $i% 5000 === 0 )

  {

echo sprintf( '%6d: ', $i), memory_get_usage(), " bytes\n";

  }

}

echo "  peak: ",memory_get_peak_usage(true), " bytes\n";

这时候再来看看内存的使用情况，中间表格主体部分为内存使用量，单位为字节。

图表如下：

PHP 5.2 并没有合适的垃圾回收机制，导致内存使用越来越多。而5.3 以后内存回收机制导致内存稳定在一个区间。而也可以看见 PHP7 内存使用最少。把 PHP 5.2 的图形去掉了之后，对比更为明显。

可见 PHP7 不仅是在算法效率上，有大幅度的提升，在大批量内存使用上也有大幅度的优化（尽管小程序的高峰内存比历史版本所用内存更多）。

1.3、垃圾回收相关函数

在 PHP 中，内存回收是可以控制的，我们可以显式地关闭或者打开垃圾回收，一种方法是通过修改配置， zend.enable_gc=Off 就可以关掉垃圾回收。缺省情况下是 On 的。另外一种手段是通过 gc _enable()和gc _disable() 函数分别打开和关闭垃圾回收。

比如在上面的例子的基础上，我们关闭垃圾回收，就可以得到如下数据表格和图表。

代码如下：

gc_disable();

$baseMemory= memory_get_usage();

class User

{

private $uid;

function __construct($uid)

  {

$this->uid= $uid;

  }

}

for($i=0;$i<100000;$i++)

{

$obj= new User($i);

$obj->self = $obj;

if ( $i% 5000 === 0 )

  {

echo sprintf( '%6d: ', $i), memory_get_usage(), " bytes\n";

  }

}

echo "  peak: ",memory_get_peak_usage(true), " bytes\n";

分别在 PHP 5.3、PHP5.4 、PHP5.5、PHP5.6 、PHP7 下运行，得到如下内存使用统计表。

图表如下，PHP7 还是内存使用效率最优的。

从上面的例子也可以看出来，尽管在第一个例子中，PHP7 的高峰内存使用数是最多的，但是当内存使用得多时，PHP7 的内存优化就体现出来了。

这里值得一提的是垃圾回收，尽管会使内存减少，但是会导致速度降低，因为垃圾回收也是需要消耗 CPU 等其他系统资源的。Composer 项目就曾经因为在计算依赖前关闭垃圾回收，带来成倍性能提升，引发广大网友关注。详见：

https://github.com/composer/composer/commit/ac676f47f7bbc619678a29deae097b6b0710b799

在常见的代码和性能分析中，出了以上三类函数之外，还常使用的有堆栈跟踪函数、输出函数，这里不再赘述。