深入理解PHP Opcode缓存原理

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什么是opcode缓存？

当解释器完成对脚本代码的分析后，便将它们生成可以直接运行的中间代码，也称为操作码（Operate Code，opcode）。Opcode cache的目地是避免重复编译，减少CPU和内存开销。如果动态内容的性能瓶颈不在于CPU和内存，而在于I/O操作，比如数据库查询带来的磁盘I/O开销，那么opcode cache的性能提升是非常有限的。但是既然opcode cache能带来CPU和内存开销的降低，这总归是好事。

现代操作码缓存器（Optimizer+，APC2.0+，其他）使用共享内存进行存储，并且可以直接从中执行文件，而不用在执行前“反序列化”代码。这将带来显着的性能加速，通常降低了整体服务器的内存消耗，而且很少有缺点。

为什么要使用Opcode缓存？

这得从PHP代码的生命周期说起，请求PHP脚本时，会经过五个步骤，如下图所示：

深入理解PHP Opcode缓存原理

Zend引擎必须从文件系统读取文件、扫描其词典和表达式、解析文件、创建要执行的计算机代码（称为Opcode），最后执行Opcode。每一次请求PHP脚本都会执行一遍以上步骤，如果PHP源代码没有变化，那么Opcode也不会变化，显然没有必要每次都重行生成Opcode，结合在Web中无所不在的缓存机制，我们可以把Opcode缓存下来，以后直接访问缓存的Opcode岂不是更快，启用Opcode缓存之后的流程图如下所示：

深入理解PHP Opcode缓存原理

有那些PHP opcode缓存插件？

Optimizer+（Optimizer+于2013年3月中旬改名为Opcache，PHP 5.5集成Opcache，其他的会不会消失？）、eAccelerator、xcache、APC …

PHP opcode原理

Opcode是一种PHP脚本编译后的中间语言，就像Java的ByteCode,或者.NET的MSL，举个例子，比如你写下了如下的PHP代码：

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

PHP执行这段代码会经过如下4个步骤(确切的来说，应该是PHP的语言引擎Zend)

  1. Scanning(Lexing) ,将PHP代码转换为语言片段(Tokens)
  2. Parsing, 将Tokens转换成简单而有意义的表达式
  3. Compilation, 将表达式编译成Opocdes
  4. Execution, 顺次执行Opcodes，每次一条，从而实现PHP脚本的功能

题外话：现在有的Cache比如APC,可以使得PHP缓存住Opcodes，这样，每次有请求来临的时候，就不需要重复执行前面3步，从而能大幅的提高PHP的执行速度。

那什么是Lexing? 学过编译原理的同学都应该对编译原理中的词法分析步骤有所了解，Lex就是一个词法分析的依据表。 Zend/zend_language_scanner.c会根据Zend/zend_language_scanner.l(Lex文件),来输入的 PHP代码进行词法分析，从而得到一个一个的“词”，PHP4.2开始提供了一个函数叫token_get_all,这个函数就可以讲一段PHP代码 Scanning成Tokens；

如果用这个函数处理我们开头提到的PHP代码，将会得到如下结果:

  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. )

分析这个返回结果我们可以发现，源码中的字符串，字符，空格，都会原样返回。每个源代码中的字符，都会出现在相应的顺序处。而，其他的比如标签，操作符，语句，都会被转换成一个包含俩部分的Array: Token ID (也就是在Zend内部的改Token的对应码，比如,T_ECHO,T_STRING)，和源码中的原来的内容。

接下来，就是Parsing阶段了，Parsing首先会丢弃Tokens Array中的多于的空格，然后将剩余的Tokens转换成一个一个的简单的表达式

  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

然后就改Compilation阶段了，它会把Tokens编译成一个个op_array, 每个op_arrayd包含如下5个部分：

  1. Opcode数字的标识，指明了每个op_array的操作类型，比如add , echo
  2. 结果 存放Opcode结果
  3. 操作数1 给Opcode的操作数
  4. 操作数2
  5. 扩展值1个整形用来区别被重载的操作符

比如，我们的PHP代码会被Parsing成:

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

你可能会问了，我们的$a去那里了？

这个要介绍操作数了，每个操作数都是由以下俩个部分组成：

  1. op_type : 为IS_CONST, IS_TMP_VAR, IS_VAR, IS_UNUSED, or IS_CV b)
  2. u,一个联合体，根据op_type的不同，分别用不同的类型保存了这个操作数的值(const)或者左值(var)

而对于var来说，每个var也不一样

IS_TMP_VAR, 顾名思义，这个是一个临时变量，保存一些op_array的结果，以便接下来的op_array使用，这种的操作数的u保存着一个指向变量表的一个句柄（整数），这种操作数一般用~开头，比如~0,表示变量表的0号未知的临时变量

IS_VAR 这种就是我们一般意义上的变量了,他们以$开头表示

IS_CV 表示ZE2.1/PHP5.1以后的编译器使用的一种cache机制，这种变量保存着被它引用的变量的地址，当一个变量第一次被引用的时候，就会被CV起来，以后对这个变量的引用就不需要再次去查找active符号表了，CV变量以！开头表示。

这么看来，我们的$a被优化成!0了。

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

Mon Sep 23 11:10:15 CST 2013

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