深入理解PHP Opcode缓存原理

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：

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：

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