前面我們討論了內(nèi)存的工作原理，也進(jìn)行了一些性能相關(guān)的測試。那么今天開始我們來看幾個在實踐中的應(yīng)用。首先我們先從PHP開始。2015年，PHP7的發(fā)布可以說是在技術(shù)圈里引起了不小的轟動，因為它的執(zhí)行效率比PHP5直接翻了一倍。PHP7在內(nèi)存方面，你是否知道作者都進(jìn)行了哪些優(yōu)化？幾個核心結(jié)構(gòu)體的改進(jìn)只是表面上看起來優(yōu)化的幾個字節(jié)那么簡單？讓我們從幾個核心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)開始看起。

1 PHP7zval的變化

1、php5.3中的zval：

我們這里只討論64位操作系統(tǒng)下的情況。該zval_struct結(jié)構(gòu)體中的由四個成員構(gòu)成，其中zvalue_value稍微復(fù)雜一些，是一個聯(lián)合體。聯(lián)合體中最長的成員是一個指針加一個int，8+4=12字節(jié)。但是默認(rèn)情況下，會進(jìn)行內(nèi)存對齊，故zval_struct會占用16字節(jié)。那么。

_zval_struct總的字節(jié) = value（16）+ refcount__gc（4）+ type（1）+ is_ref__gc（1）= 占用22字節(jié)。

最后再考慮下內(nèi)存對齊，實際占用24字節(jié)。（如果算的有點暈話，感興趣的同學(xué)可以寫段簡單的測試代碼，使用sizeof查看一下）

2、PHP7.2中的zval

7.2中的zval_struct結(jié)構(gòu)體里由3個成員構(gòu)成，其中zend_value看起來比較復(fù)雜，實際上只是一個8字節(jié)的聯(lián)合體。u1也是一個聯(lián)合體，占用是4個字節(jié)。u2也一樣。這樣zval_struct就實際占用16個字節(jié)。

2 PHP7 HashTable的變化

1、PHP5.3里的HashTable:

在5.3里HashTable就是一個大struct， 有點小復(fù)雜，我們拆開了細(xì)說，

uint nTableSize 4字節(jié)

uint nTableMask 4字節(jié)

uint nNumOfElements 4字節(jié)，

ulong nNextFreeElement 8字節(jié) 注意這前面的4個字節(jié)會被浪費掉，因為nNextFreeElement的開始地址需要對齊

Bucket *pInternalPointer 8字節(jié)

Bucket *pListHead 8字節(jié)

Bucket *pListTail 8字節(jié)

Bucket **arBuckets 8字節(jié)

dtor_func_t pDestructor 8字節(jié)

zend_bool persistent 1字節(jié)

unsigned char nApplyCoun 1字節(jié)

zend_bool bApplyProtection 1字節(jié)

最終，總字節(jié)數(shù) = 4+4+4+4(nNextFreeElement前面這四個字節(jié)會留空)+8+8+8+8+8+8+1+1+1 = 67字節(jié)。再加上結(jié)構(gòu)體本身要對齊到8的整數(shù)倍，所以實際占用72字節(jié)。

2、PHP7.2里的HashTable:

在7.2里HashTable

zend_refcounted_h gc 看起來唬人，實際就是個long，占用8字節(jié)

union... u 占用4字節(jié)

uint32_t 占用4字節(jié)

Bucket* 指針占用8字節(jié)

uint32_t nNumUsed 占用4字節(jié)

uint32_t nNumOfElements 占用4字節(jié)

uint32_t nTableSize 占用4字節(jié)

uint32_t nInternalPointer 占用4字節(jié)

zend_long nNextFreeElement 占用8字節(jié)

dtor_func_t pDestructor 占用8字節(jié)

總占用

字節(jié)數(shù) = 8+4+4+8+4+4+4+4+8+8 = 56字節(jié)，并且正好達(dá)到了內(nèi)存對齊的狀態(tài)，沒有額外的浪費。

另外還有PHP源代碼里經(jīng)常出鏡的Buckets也從72下降到了32字節(jié)，這里我就不翻源代碼了。

3 優(yōu)化思想精髓

當(dāng)當(dāng)當(dāng)，敲黑板，重點來了！我們看了兩個核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體變化，這上面的優(yōu)化都是什么含義呢？拿HashTable舉例，貌似從72字節(jié)優(yōu)化到了56字節(jié)，這內(nèi)存節(jié)約的也不是特別多嘛，才20%多而已！但這中間其實隱藏了兩個較深層次優(yōu)化思路：

第一、你是否記得我們前面CPU在向內(nèi)存要數(shù)據(jù)的時候是以Cache Line為單位進(jìn)行的，而我們說過Cache Line的大小就是64字節(jié)?；剡^頭來看HashTable，在7.2里的56字節(jié)，只需要CPU向內(nèi)存進(jìn)行一次Cache Line大小的burst IO，就夠了。而在5.3里的72字節(jié)，雖然只比Cache Line大了那么一丟丟，但是對不起，必須得進(jìn)行兩次burst IO才可以。所以，在計算機里，56字節(jié)相對72字節(jié)實際上是翻倍的性能提升??！

第二、CPU的L1、L2、L3的容量是固定的幾十K或者幾十M。假設(shè)Cache的都是HashTable，那么Cache容量不變的條件下，能Cache住的HashTable將會翻倍，緩存命中率提升一大截。要知道L1命中后只需要1ns多一點的耗時，而如果穿透到內(nèi)存的話可能就需要40多納秒的延時了，整整差了幾十倍。

所以PHP內(nèi)核的作者大牛深諳CPU與內(nèi)存的工作原理，表面上看起來只是幾個字節(jié)的節(jié)約，但是實際上爆發(fā)出了巨大的性能提升！！



審核編輯：劉清