认识PHP 7虚拟机

辉余郭 2017-06-12 14:29:16 收藏 评论

 

PHP : 一门解释型语言


PHP被称为脚本语言或解释型语言。为何? PHP语言没有被直接编译为机器指令,而是编译为一种中间代码的形式,很显然它无法直接在CPU上执行。 所以PHP的执行需要在进程级虚拟机上(见Virtual machine中的Process virtual machines,下文简称虚拟机)。

PHP语言,包括其他的解释型语言,其实是一个跨平台的被设计用来执行抽象指令的程序。PHP主要用于解决WEB开发相关的问题。

诸如Java, Python, C#, Ruby, Pascal, Lua, Perl, Javascript等编程语言所编写的程序,都需要在虚拟机上执行。虚拟机可以通过JIT编译技术将一部分虚拟机指令编译为机器指令以提高性能。鸟哥已经在进行PHP加入JIT支持的开发了。

使用解释型语言的优点:

  • 代码编写简单,能够快速开发
  • 自动的内存管理
  • 抽象的数据类型,程序可移植性高

缺点:

  • 无法直接地进行内存管理和使用进程资源
  • 比编译为机器指令的语言速度慢:通常需要更多的CPU周期来完成相同的任务(JIT试图缩小差距,但永远不能完全消除)
  • 抽象了太多东西,以至于当程序出问题时,许多程序员难以解释其根本原因

最后一条缺点是作者之所以写这篇文章的原因,作者觉得程序员应该去了解一些底层的东西。

作者希望能够通过这篇文章向读者讲明白PHP是如何运行的。本文所提到的关于PHP虚拟机的知识同样可以应用于其他解释型语言。通常,不同虚拟机实现上的最大不同点在于:是否使用JIT、并行的虚拟机指令(一般使用多线程实现,PHP没有使用这一技术)、内存管理/垃圾回收算法。

Zend虚拟机分为两大部分:

  • 编译:将PHP代码转换为虚拟机指令(OPCode)
  • 执行:执行生成的虚拟机指令

本文不会涉及到编译部分,主要关注Zend虚拟机的执行引擎。PHP7版本的执行引擎做了一部分重构,使得PHP代码的执行堆栈更加简单清晰,性能也得到了一些提升。

本文以PHP 7.0.7为示例。

OPCode


维基百科对于OPCode的解释:

Opcodes can also be found in so-called byte codes and other representations intended for a software interpreter rather than a hardware device. These software based instruction sets often employ slightly higher-level data types and operations than most hardware counterparts, but are nevertheless constructed along similar lines.

OPCode与ByteCode在概念上是不同的。

我的个人理解:OPCode作为一条指令,表明要怎么做,而ByteCode由一序列的OPCode/数据组成,表明要做什么。以一个加法为例子,OPCode是告诉执行引擎将参数1和参数2相加,而ByteCode则告诉执行引擎将45和56相加。

参考:Difference between Opcode and BytecodeDifference between: Opcode, byte code, mnemonics, machine code and assembly

在PHP中,Zend/zend_vm_opcodes.h源码文件列出了所有支持的OPCode。通常,每个OPCode的名字都描述了其含义,比如:

  • ZEND_ADD:对两个操作数执行加法操作
  • ZEND_NEW:创建一个对象
  • ZEND_FETCH_DIM_R:读取操作数中某个维度的值,比如执行echo $foo[0]语句时,需要获取$foo数组索引为0的值

OPCode以zend_op结构体表示:

struct _zend_op {     const void *handler; /* 执行该OPCode的C函数 */     znode_op op1; /* 操作数1 */     znode_op op2; /* 操作数2 */     znode_op result; /* 结果 */     uint32_t extended_value; /* 额外的信息 */     uint32_t lineno; /* 该OPCode对应PHP源码所在的行 */     zend_uchar opcode; /* OPCode对应的数值 */     zend_uchar op1_type; /* 操作数1类型 */     zend_uchar op2_type; /* 操作数2类型 */     zend_uchar result_type; /* 结果类型 */ }; 

每一条OPcode都以相同的方式执行:OPCode有其对应的C函数,执行该C函数时,可能会用到0、1或2个操作数(op1,op2),最后将结果存储在result中,可能还会有一些额外的信息存储在extended_value。

看下ZEND_ADD的OPCode长什么样子,在Zend/zend_vm_def.h源码文件中:

ZEND_VM_HANDLER(1, ZEND_ADD, CONST|TMPVAR|CV, CONST|TMPVAR|CV)                                                                                       {     USE_OPLINE     zend_free_op free_op1, free_op2;     zval *op1, *op2, *result;      op1 = GET_OP1_ZVAL_PTR_UNDEF(BP_VAR_R);     op2 = GET_OP2_ZVAL_PTR_UNDEF(BP_VAR_R);     if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_LONG)) {         if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_LONG)) {             result = EX_VAR(opline->result.var);             fast_long_add_function(result, op1, op2);             ZEND_VM_NEXT_OPCODE();         } else if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_DOUBLE)) {             result = EX_VAR(opline->result.var);             ZVAL_DOUBLE(result, ((double)Z_LVAL_P(op1)) + Z_DVAL_P(op2));             ZEND_VM_NEXT_OPCODE();         }         } else if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_DOUBLE)) {         if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_DOUBLE)) {             result = EX_VAR(opline->result.var);             ZVAL_DOUBLE(result, Z_DVAL_P(op1) + Z_DVAL_P(op2));             ZEND_VM_NEXT_OPCODE();         } else if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_LONG)) {             result = EX_VAR(opline->result.var);             ZVAL_DOUBLE(result, Z_DVAL_P(op1) + ((double)Z_LVAL_P(op2)));             ZEND_VM_NEXT_OPCODE();         }         }      SAVE_OPLINE();     if (OP1_TYPE == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_UNDEF)) {         op1 = GET_OP1_UNDEF_CV(op1, BP_VAR_R);     }     if (OP2_TYPE == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_UNDEF)) {         op2 = GET_OP2_UNDEF_CV(op2, BP_VAR_R);     }     add_function(EX_VAR(opline->result.var), op1, op2);     FREE_OP1();     FREE_OP2();     ZEND_VM_NEXT_OPCODE_CHECK_EXCEPTION(); } 

可以看出这其实不是一个合法的C代码,可以把它看成代码模板。稍微解读下这个代码模板:1 就是在Zend/zend_vm_opcodes.h中define定义的ZEND_ADD的值;ZEND_ADD接收两个操作数,如果两个操作数都为IS_LONG类型,那么就调用fast_long_add_function(该函数内部使用汇编实现加法操作);如果两个操作数,都为IS_DOUBLE类型或者1个是IS_DOUBLE类型,另1个是IS_LONG类型,那么就直接执行double的加法操作;如果存在1个操作数不是IS_LONG或IS_DOUBLE类型,那么就调用add_function(比如两个数组做加法操作);最后检查是否有异常接着执行下一条OPCode。

Zend/zend_vm_def.h源码文件中的内容其实是OPCode的代码模板,在该源文件的开头处可以看到这样一段注释:

/* If you change this file, please regenerate the zend_vm_execute.h and  * zend_vm_opcodes.h files by running:  * php zend_vm_gen.php  */ 

说明zend_vm_execute.h和zend_vm_opcodes.h,实际上包括zend_vm_opcodes.c中的C代码正是从Zend/zend_vm_def.h的代码模板生成的。

操作数类型


每个OPCode最多使用两个操作数:op1和op2。每个操作数代表着OPCode的“形参”。例如ZEND_ASSIGN OPCode将op2的值赋值给op1代表的PHP变量,而其result则没有使用到。

操作数的类型(与PHP变量的类型不同)决定了其含义以及使用方式:

  • IS_CV:Compiled Variable,说明该操作数是一个PHP变量
  • IS_TMP_VAR :虚拟机使用的临时内部PHP变量,不能够在不同OPCode中复用(复用的这一点我并不清楚,还没去研究过)
  • IS_VAR:虚拟机使用的内部PHP变量,能够在不同OPCode中复用(复用的这一点我并不清楚,还没去研究过)
  • IS_CONST:代表一个常量值
  • IS_UNUSED:该操作数没有任何意义,忽略该操作数

操作数的类型对性能优化和内存管理很重要。当一个OPCode的Handler需要读写操作数时,会根据操作数的类型通过不同的方式读写。

以加法例子,说明操作数类型:

$a + $b;  // IS_CV + IS_CV 1 + $a;   // IS_CONST + IS_CV $$b + 3   // IS_VAR + IS_CONST !$a + 3;  // IS_TMP_VAR + IS_CONST 

OPCode Handler


我们已经知道每个OPCode Handler最多接收2个操作数,并且会根据操作数的类型读写操作数的值。如果在Handler中,通过switch判断类型,然后再读写操作数的值,那么对性能会有很大损耗,因为存在太多的分支判断了(Why is it good to avoid instruction branching where possible?),如下面的伪代码所示:

int ZEND_ADD(zend_op *op1, zend_op *op2) {     void *op1_value;     void *op2_value;      switch (op1->type) {         case IS_CV:             op1_value = read_op_as_a_cv(op1);         break;         case IS_VAR:             op1_value = read_op_as_a_var(op1);         break;         case IS_CONST:             op1_value = read_op_as_a_const(op1);         break;         case IS_TMP_VAR:             op1_value = read_op_as_a_tmp(op1);         break;         case IS_UNUSED:             op1_value = NULL;         break;     }     /* ... same thing to do for op2 .../      /* do something with op1_value and op2_value (perform a math addition ?) */ } 

要知道OPCode Handler在PHP执行过程中是会被调用成千上万次的,所以在Handler中对op1、op2做类型判断,对性能并不好。

重新看下ZEND_ADD的代码模板:

ZEND_VM_HANDLER(1, ZEND_ADD, CONST|TMPVAR|CV, CONST|TMPVAR|CV) 

这说明ZEND_ADD接收op1和op2为CONST或TMPVAR或CV类型的操作数。

前面已经提到zend_vm_execute.h和zend_vm_opcodes.h中的C代码是从Zend/zend_vm_def.h的代码模板生成的。通过查看zend_vm_execute.h,可以看到每个OPCode对应的Handler(C函数),大部分OPCode会对应多个Handler。以ZEND_ADD为例:

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CONST_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CONST_TMPVAR_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CV_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CV_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CV_TMPVAR_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_TMPVAR_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_TMPVAR_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_TMPVAR_TMPVAR_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) 

ZEND_ADD的op1和op2的类型都有3种,所以一共生成了9个Handler,每个Handler的命名规范:ZEND_{OPCODE-NAME}_SPEC_{OP1-TYPE}_{OP2-TYPE}_HANDLER()。在编译阶段,操作数的类型是已知的,也就确定了每个编译出来的OPCode对应的Handler了。

那么这些Handler之间有什么不同呢?最大的不同应该就是获取操作数的方式:

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {     USE_OPLINE      zval *op1, *op2, *result;      op1 = EX_CONSTANT(opline->op1);     op2 = EX_CONSTANT(opline->op2);     if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_LONG)) {        /* 省略 */     } else if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_DOUBLE)) {         /* 省略 */     }      SAVE_OPLINE();     if (IS_CONST == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_UNDEF)) { //<-------- 这部分代码会被编译器优化掉         op1 = GET_OP1_UNDEF_CV(op1, BP_VAR_R);     }     if (IS_CONST == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_UNDEF)) { //<-------- 这部分代码会被编译器优化掉         op2 = GET_OP2_UNDEF_CV(op2, BP_VAR_R);     }     add_function(EX_VAR(opline->result.var), op1, op2);       ZEND_VM_NEXT_OPCODE_CHECK_EXCEPTION(); }   static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ADD_SPEC_CONST_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {     USE_OPLINE      zval *op1, *op2, *result;      op1 = EX_CONSTANT(opline->op1);     op2 = _get_zval_ptr_cv_undef(execute_data, opline->op2.var);    //<-------- op2的获取方式与上面的CONST不同     if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_LONG)) {         /* 省略 */     } else if (EXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_DOUBLE)) {         /* 省略 */     }      SAVE_OPLINE();     if (IS_CONST == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op1) == IS_UNDEF)) { //<-------- 这部分代码会被编译器优化掉         op1 = GET_OP1_UNDEF_CV(op1, BP_VAR_R);     }     if (IS_CV == IS_CV && UNEXPECTED(Z_TYPE_INFO_P(op2) == IS_UNDEF)) { //<-------- IS_CV == IS_CV && 也会被编译器优化掉         op2 = GET_OP2_UNDEF_CV(op2, BP_VAR_R);     }     add_function(EX_VAR(opline->result.var), op1, op2);      ZEND_VM_NEXT_OPCODE_CHECK_EXCEPTION(); } 

OPArray


OPArray是指一个包含许多要被顺序执行的OPCode的数组,如下图:

OPArray由结构体_zend_op_array表示:

struct _zend_op_array {     /* Common elements */     /* 省略 */     /* END of common elements */      /* 省略 */     zend_op *opcodes; //<------ 存储着OPCode的数组     /* 省略 */ }; 

在PHP中,每个PHP用户函数或者PHP脚本、传递给eval()的参数,会被编译为一个OPArray。

OPArray中包含了许多静态的信息,能够帮助执行引擎更高效地执行PHP代码。部分重要的信息如下:

  • 当前脚本的文件名,OPArray对应的PHP代码在脚本中起始和终止的行号
  • /**的代码注释信息
  • refcount引用计数,OPArray是可共享的
  • try-catch-finally的跳转信息
  • break-continue的跳转信息
  • 当前作用域所有PHP变量的名称
  • 函数中用到的静态变量
  • literals(字面量),编译阶段已知的值,例如字符串“foo”,或者整数42
  • 运行时缓存槽,引擎会缓存一些后续执行需要用到的东西

一个简单的例子:

$a = 8; $b = 'foo'; echo $a + $b; 

OPArray中的部分成员其内容如下:

OPArray包含的信息越多,即在编译期间尽量的将已知的信息计算好存储到OPArray中,执行引擎就能够更高效地执行。我们可以看到每个字面量都已经被编译为zval并存储到literals数组中(你可能发现这里多了一个整型值1,其实这是用于ZEND_RETURN OPCode的,PHP文件的OPArray默认会返回1,但函数的OPArray默认返回null)。OPArray所使用到的PHP变量的名字信息也被编译为zend_string存储到vars数组中,编译后的OPCode则存储到opcodes数组中。

OPCode的执行


OPCode的执行是通过一个while循环去做的:

//删除了预处理语句 ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *ex) {     DCL_OPLINE      const zend_op *orig_opline = opline;     zend_execute_data *orig_execute_data = execute_data;     execute_data = ex;        LOAD_OPLINE();      while (1) {         ((opcode_handler_t)OPLINE->handler)(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU); //执行OPCode对应的C函数         if (UNEXPECTED(!OPLINE)) { //当前OPArray执行完             execute_data = orig_execute_data;             opline = orig_opline;             return;         }     }     zend_error_noreturn(E_CORE_ERROR, "Arrived at end of main loop which shouldn't happen"); } 

那么是如何切换到下一个OPCode去执行的呢?每个OPCode的Handler中都会调用到一个宏:

#define ZEND_VM_NEXT_OPCODE_EX(check_exception, skip) \     CHECK_SYMBOL_TABLES() \     if (check_exception) { \         OPLINE = EX(opline) + (skip); \     } else { \         OPLINE = opline + (skip); \     } \     ZEND_VM_CONTINUE() 

该宏会把当前的opline+skip(skip通常是1),将opline指向下一条OPCode。opline是一个全局变量,指向当前执行的OPCode。

额外的一些东西


编译器优化

Zend/zend_vm_execute.h中,会看到如下奇怪的代码:

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_INIT_ARRAY_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {     /* 省略 */      if (IS_CONST == IS_UNUSED) {         ZEND_VM_NEXT_OPCODE(); #if 0 || (IS_CONST != IS_UNUSED)     } else {         ZEND_VM_TAIL_CALL(ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU)); #endif     } } 

你可能会对if (IS_CONST == IS_UNUSED)#if 0 || (IS_CONST != IS_UNUSED)感到奇怪。看下其对应的模板代码:

ZEND_VM_HANDLER(71, ZEND_INIT_ARRAY, CONST|TMP|VAR|UNUSED|CV, CONST|TMPVAR|UNUSED|CV) {     zval *array;     uint32_t size;     USE_OPLINE      array = EX_VAR(opline->result.var);     if (OP1_TYPE != IS_UNUSED) {         size = opline->extended_value >> ZEND_ARRAY_SIZE_SHIFT;     } else {         size = 0;     }     ZVAL_NEW_ARR(array);     zend_hash_init(Z_ARRVAL_P(array), size, NULL, ZVAL_PTR_DTOR, 0);      if (OP1_TYPE != IS_UNUSED) {         /* Explicitly initialize array as not-packed if flag is set */         if (opline->extended_value & ZEND_ARRAY_NOT_PACKED) {             zend_hash_real_init(Z_ARRVAL_P(array), 0);         }     }      if (OP1_TYPE == IS_UNUSED) {         ZEND_VM_NEXT_OPCODE(); #if !defined(ZEND_VM_SPEC) || (OP1_TYPE != IS_UNUSED)     } else {         ZEND_VM_DISPATCH_TO_HANDLER(ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT); #endif     } } 

php zend_vm_gen.php在生成zend_vm_execute.h时,会把OP1_TYPE替换为op1的类型,从而生成这样子的代码:if (IS_CONST == IS_UNUSED),但C编译器会把这些代码优化掉。

自定义Zend执行引擎的生成

zend_vm_gen.php支持传入参数--without-specializer,当使用该参数时,每个OPCode只会生成一个与之对应的Handler,该Handler中会对操作数做类型判断,然后再对操作数进行读写。

另一个参数是--with-vm-kind=CALL|SWITCH|GOTO,CALL是默认参数。

前面已提到执行引擎是通过一个while循环执行OPCode,每个OPCode中将opline增加1(通常情况下),然后回到while循环中,继续执行下一个OPCode,直到遇到ZEND_RETURN。

如果使用GOTO执行策略:

/* GOTO策略下,execute_ex是一个超大的函数 */ ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *ex) {     /* 省略 */      while (1) {         /* 省略 */         goto *(void**)(OPLINE->handler);         /* 省略 */     }      /* 省略 */ } 

这里的goto并没有直接使用符号名,其实是goto一个特殊的用法:Labels as Values

执行引擎中的跳转

当PHP脚本中出现if语句时,是如何跳转到相应的OPCode然后继续执行的?看下面简单的例子:

$a = 8; if ($a == 9) {     echo "foo"; } else {     echo "bar"; }  number of ops:  7 compiled vars:  !0 = $a line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   ASSIGN                                                   !0, 8    3     1        IS_EQUAL                                         ~2      !0, 9          2      > JMPZ                                                     ~2, ->5    4     3    >   ECHO                                                     'foo'          4      > JMP                                                      ->6    6     5    >   ECHO                                                     'bar'          6    > > RETURN                                                   1 

$a != 9时,JMPZ会使当前执行跳转到第5个OPCode,否则JMP会使当前执行跳转到第6个OPCode。其实就是对当前的opline赋值为跳转目标OPCode的地址。

一些性能Tips


这部分内容将展示如何通过查看生成的OPCode优化PHP代码。

echo a concatenation

示例代码:

$foo = 'foo'; $bar = 'bar';  echo $foo . $bar; 

OPArray:

number of ops:  5 compiled vars:  !0 = $foo, !1 = $bar line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   ASSIGN                                                   !0, 'foo'    3     1        ASSIGN                                                   !1, 'bar'    5     2        CONCAT                                           ~4      !0, !1          3        ECHO                                                     ~4          4      > RETURN                                                   1 

$a和$b的值会被ZEND_CONCAT连接后存储到一个临时变量~4中,然后再echo输出。

CONCAT操作需要分配一块临时的内存,然后做内存拷贝,echo输出后,又要回收这块临时内存。如果把代码改为如下可消除CONCAT:

$foo = 'foo'; $bar = 'bar';  echo $foo , $bar; 

OPArray:

number of ops:  5 compiled vars:  !0 = $foo, !1 = $bar line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   ASSIGN                                                   !0, 'foo'    3     1        ASSIGN                                                   !1, 'bar'    5     2        ECHO                                                     !0          3        ECHO                                                     !1          4      > RETURN                                                   1 
define()和const

PHP 5.3引入了const关键字。

简单地说:

  • define()是一个函数调用
  • conast是关键字,不会产生函数调用,要比define()轻量许多
define('FOO', 'foo'); echo FOO;  number of ops:  7 compiled vars:  none line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   INIT_FCALL                                               'define'          1        SEND_VAL                                                 'FOO'          2        SEND_VAL                                                 'foo'          3        DO_ICALL                                                     3     4        FETCH_CONSTANT                                   ~1      'FOO'          5        ECHO                                                     ~1          6      > RETURN                                                   1 

如果使用const:

const FOO = 'foo'; echo FOO;  number of ops:  4 compiled vars:  none line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   DECLARE_CONST                                            'FOO', 'foo'    3     1        FETCH_CONSTANT                                   ~0      'FOO'          2        ECHO                                                     ~0          3      > RETURN                                                   1 

然而const在使用上有一些限制:

  • const关键字定义常量必须处于最顶端的作用区域,这就意味着不能在函数内,循环内以及if语句之内用const 来定义常量
  • const的操作数必须为IS_CONST类型
动态函数调用

尽量不要使用动态的函数名去调用函数:

function foo() { } foo();  number of ops:  4 compiled vars:  none line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   NOP                                                          3     1        INIT_FCALL                                               'foo'          2        DO_UCALL                                                           3      > RETURN                                                   1 

NOP表示不做任何操作,只是将当前opline指向下一条OPCode,编译器产生这条指令是由于历史原因。为何到PHP7还不移除它呢= =

看看使用动态的函数名去调用函数:

function foo() { } $a = 'foo'; $a();  number of ops:  5 compiled vars:  !0 = $a line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   NOP                                                          3     1        ASSIGN                                                   !0, 'foo'    4     2        INIT_DYNAMIC_CALL                                        !0          3        DO_FCALL                                      0                    4      > RETURN                                                   1 

不同点在于INIT_FCALL和INIT_DYNAMIC_CALL,看下两个函数的源码:

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_INIT_FCALL_SPEC_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {     USE_OPLINE      zval *fname = EX_CONSTANT(opline->op2);     zval *func;     zend_function *fbc;     zend_execute_data *call;      fbc = CACHED_PTR(Z_CACHE_SLOT_P(fname)); /* 看下是否已经在缓存中了 */     if (UNEXPECTED(fbc == NULL)) {         func = zend_hash_find(EG(function_table), Z_STR_P(fname)); /* 根据函数名查找函数 */         if (UNEXPECTED(func == NULL)) {             SAVE_OPLINE();             zend_throw_error(NULL, "Call to undefined function %s()", Z_STRVAL_P(fname));             HANDLE_EXCEPTION();         }         fbc = Z_FUNC_P(func);         CACHE_PTR(Z_CACHE_SLOT_P(fname), fbc); /* 缓存查找结果 */     }      call = zend_vm_stack_push_call_frame_ex(         opline->op1.num, ZEND_CALL_NESTED_FUNCTION,         fbc, opline->extended_value, NULL, NULL);     call->prev_execute_data = EX(call);     EX(call) = call;      ZEND_VM_NEXT_OPCODE(); }  static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_INIT_DYNAMIC_CALL_SPEC_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) {     /* 200多行代码,就不贴出来了,会根据CV的类型(字符串、对象、数组)做不同的函数查找 */ } 

很显然INIT_FCALL相比INIT_DYNAMIC_CALL要轻量许多。

类的延迟绑定

简单地说,类A继承类B,类B最好先于类A被定义。

class Bar { } class Foo extends Bar { }  number of ops:  4 compiled vars:  none line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   NOP    3     1        NOP          2        NOP          3      > RETURN                                                   1 

从生成的OPCode可以看出,上述PHP代码在运行时,执行引擎不需要做任何操作。类的定义是比较耗性能的工作,例如解析类的继承关系,将父类的方法/属性添加进来,但编译器已经做完了这些繁重的工作。

如果类A先于类B被定义:

class Foo extends Bar { } class Bar { }  number of ops:  4 compiled vars:  none line     #* E I O op                           fetch          ext  return  operands -------------------------------------------------------------------------------------    2     0  E >   FETCH_CLASS                                   0  :0      'Bar'          1        DECLARE_INHERITED_CLASS                                  '%00foo%2Fhome%2Froketyyang%2Ftest.php0x7fb192b7101f', 'foo'    3     2        NOP          3      > RETURN                                                   1 

这里定义了Foo继承自Bar,但当编译器读取到Foo的定义时,编译器并不知道任何关于Bar的情况,所以编译器就生成相应的OPCode,使其定义延迟到执行时。在一些其他的动态类型的语言中,可能会产生错误:Parse error : class not found

除了类的延迟绑定,像接口、traits都存在延迟绑定耗性能的问题。

对于定位PHP性能问题,通常都是先用xhprof或xdebug profile进行定位,需要通过查看OPCode定位性能问题的场景还是比较少的。

总结


希望通过这篇文章,能让你了解到PHP虚拟机大致是如何工作的。具体opcode的执行,以及函数调用涉及到的上下文切换,有许多细节性的东西,限于本文篇幅,在另一篇文章:PHP 7 中函数调用的实现进行讲解。

 

本文转载自:并发编程网

责任编辑:辉余郭
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