PHP : 一門解釋型語言

PHP被稱為腳本語言或解釋型語言。為何？

PHP語言沒有被直接編譯為機(jī)器指令，而是編譯為一種中間代碼的形式，很顯然它無法直接在CPU上執(zhí)行。

所以PHP的執(zhí)行需要在進(jìn)程級(jí)虛擬機(jī)上(見Virtual machine中的Process virtual machines，下文簡稱虛擬機(jī))。

PHP語言，包括其他的解釋型語言，其實(shí)是一個(gè)跨平臺(tái)的被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行抽象指令的程序。PHP主要用于解決WEB開發(fā)相關(guān)的問題。

諸如Java, Python, C#, Ruby, Pascal, Lua, Perl, Javascript等編程語言所編寫的程序，都需要在虛擬機(jī)上執(zhí)行。虛擬機(jī)可以通過JIT編譯技術(shù)將一部分虛擬機(jī)指令編譯為機(jī)器指令以提高性能。鳥哥已經(jīng)在進(jìn)行PHP加入JIT支持的開發(fā)了。

使用解釋型語言的優(yōu)點(diǎn)：

代碼編寫簡單，能夠快速開發(fā)

自動(dòng)的內(nèi)存管理

抽象的數(shù)據(jù)類型，程序可移植性高

缺點(diǎn)：

無法直接地進(jìn)行內(nèi)存管理和使用進(jìn)程資源

比編譯為機(jī)器指令的語言速度慢：通常需要更多的CPU周期來完成相同的任務(wù)(JIT試圖縮小差距，但永遠(yuǎn)不能完全消除)

抽象了太多東西，以至于當(dāng)程序出問題時(shí)，許多程序員難以解釋其根本原因

最后一條缺點(diǎn)是作者之所以寫這篇文章的原因，作者覺得程序員應(yīng)該去了解一些底層的東西。

作者希望能夠通過這篇文章向讀者講明白PHP是如何運(yùn)行的。本文所提到的關(guān)于PHP虛擬機(jī)的知識(shí)同樣可以應(yīng)用于其他解釋型語言。通常，不同虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)上的最大不同點(diǎn)在于：是否使用JIT、并行的虛擬機(jī)指令(一般使用多線程實(shí)現(xiàn)，PHP沒有使用這一技術(shù))、內(nèi)存管理/垃圾回收算法。

Zend虛擬機(jī)分為兩大部分：

編譯：將PHP代碼轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)指令(OPCode)

執(zhí)行：執(zhí)行生成的虛擬機(jī)指令

本文不會(huì)涉及到編譯部分，主要關(guān)注Zend虛擬機(jī)的執(zhí)行引擎。PHP7版本的執(zhí)行引擎做了一部分重構(gòu)，使得PHP代碼的執(zhí)行堆棧更加簡單清晰，性能也得到了一些提升。

本文以PHP 7.0.7為示例。

OPCode

維基百科對(duì)于OPCode的解釋：

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與ByteCode在概念上是不同的。

我的個(gè)人理解：OPCode作為一條指令，表明要怎么做，而ByteCode由一序列的OPCode/數(shù)據(jù)組成，表明要做什么。以一個(gè)加法為例子，OPCode是告訴執(zhí)行引擎將參數(shù)1和參數(shù)2相加，而ByteCode則告訴執(zhí)行引擎將45和56相加。

在PHP中，Zend/zend_vm_opcodes.h源碼文件列出了所有支持的OPCode。通常，每個(gè)OPCode的名字都描述了其含義，比如：

ZEND_ADD：對(duì)兩個(gè)操作數(shù)執(zhí)行加法操作

ZEND_NEW：創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象

ZEND_FETCH_DIM_R：讀取操作數(shù)中某個(gè)維度的值，比如執(zhí)行echo $foo[0]語句時(shí)，需要獲取$foo數(shù)組索引為0的值

OPCode以zend_op結(jié)構(gòu)體表示：

struct _zend_op {

const void *handler; /* 執(zhí)行該OPCode的C函數(shù) */

znode_op op1; /* 操作數(shù)1 */

znode_op op2; /* 操作數(shù)2 */

znode_op result; /* 結(jié)果 */

uint32_t extended_value; /* 額外的信息 */

uint32_t lineno; /* 該OPCode對(duì)應(yīng)PHP源碼所在的行 */

zend_uchar opcode; /* OPCode對(duì)應(yīng)的數(shù)值 */

zend_uchar op1_type; /* 操作數(shù)1類型 */

zend_uchar op2_type; /* 操作數(shù)2類型 */

zend_uchar result_type; /* 結(jié)果類型 */

};

每一條OPcode都以相同的方式執(zhí)行：OPCode有其對(duì)應(yīng)的C函數(shù)，執(zhí)行該C函數(shù)時(shí)，可能會(huì)用到0、1或2個(gè)操作數(shù)(op1，op2)，最后將結(jié)果存儲(chǔ)在result中，可能還會(huì)有一些額外的信息存儲(chǔ)在extended_value。

看下ZEND_ADD的OPCode長什么樣子，在Zend/zend_vm_def.h源碼文件中：

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();

}

可以看出這其實(shí)不是一個(gè)合法的C代碼，可以把它看成代碼模板。稍微解讀下這個(gè)代碼模板：1 就是在Zend/zend_vm_opcodes.h中define定義的ZEND_ADD的值；ZEND_ADD接收兩個(gè)操作數(shù)，如果兩個(gè)操作數(shù)都為IS_LONG類型，那么就調(diào)用fast_long_add_function(該函數(shù)內(nèi)部使用匯編實(shí)現(xiàn)加法操作)；如果兩個(gè)操作數(shù)，都為IS_DOUBLE類型或者1個(gè)是IS_DOUBLE類型，另1個(gè)是IS_LONG類型，那么就直接執(zhí)行double的加法操作；如果存在1個(gè)操作數(shù)不是IS_LONG或IS_DOUBLE類型，那么就調(diào)用add_function(比如兩個(gè)數(shù)組做加法操作)；最后檢查是否有異常接著執(zhí)行下一條OPCode。

在Zend/zend_vm_def.h源碼文件中的內(nèi)容其實(shí)是OPCode的代碼模板，在該源文件的開頭處可以看到這樣一段注釋：

/* 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

*/

說明zend_vm_execute.h和zend_vm_opcodes.h，實(shí)際上包括zend_vm_opcodes.c中的C代碼正是從Zend/zend_vm_def.h的代碼模板生成的。

操作數(shù)類型

每個(gè)OPCode最多使用兩個(gè)操作數(shù)：op1和op2。每個(gè)操作數(shù)代表著OPCode的“形參”。例如ZEND_ASSIGN OPCode將op2的值賦值給op1代表的PHP變量，而其result則沒有使用到。

操作數(shù)的類型(與PHP變量的類型不同)決定了其含義以及使用方式：

IS_CV：Compiled Variable，說明該操作數(shù)是一個(gè)PHP變量

IS_TMP_VAR ：虛擬機(jī)使用的臨時(shí)內(nèi)部PHP變量，不能夠在不同OPCode中復(fù)用(復(fù)用的這一點(diǎn)我并不清楚，還沒去研究過)

IS_VAR：虛擬機(jī)使用的內(nèi)部PHP變量，能夠在不同OPCode中復(fù)用(復(fù)用的這一點(diǎn)我并不清楚，還沒去研究過)

IS_CONST：代表一個(gè)常量值

IS_UNUSED：該操作數(shù)沒有任何意義，忽略該操作數(shù)

操作數(shù)的類型對(duì)性能優(yōu)化和內(nèi)存管理很重要。當(dāng)一個(gè)OPCode的Handler需要讀寫操作數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)操作數(shù)的類型通過不同的方式讀寫。

以加法例子，說明操作數(shù)類型：

$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

我們已經(jīng)知道每個(gè)OPCode Handler最多接收2個(gè)操作數(shù)，并且會(huì)根據(jù)操作數(shù)的類型讀寫操作數(shù)的值。如果在Handler中，通過switch判斷類型，然后再讀寫操作數(shù)的值，那么對(duì)性能會(huì)有很大損耗，因?yàn)榇嬖谔嗟姆种袛嗔?Why is it good to avoid instruction branching where possible?)，如下面的偽代碼所示：

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執(zhí)行過程中是會(huì)被調(diào)用成千上萬次的，所以在Handler中對(duì)op1、op2做類型判斷，對(duì)性能并不好。

重新看下ZEND_ADD的代碼模板：

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

這說明ZEND_ADD接收op1和op2為CONST或TMPVAR或CV類型的操作數(shù)。

前面已經(jīng)提到zend_vm_execute.h和zend_vm_opcodes.h中的C代碼是從Zend/zend_vm_def.h的代碼模板生成的。通過查看zend_vm_execute.h，可以看到每個(gè)OPCode對(duì)應(yīng)的Handler(C函數(shù))，大部分OPCode會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)Handler。以ZEND_ADD為例：

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的類型都有3種，所以一共生成了9個(gè)Handler，每個(gè)Handler的命名規(guī)范：ZEND_{OPCODE-NAME}_SPEC_{OP1-TYPE}_{OP2-TYPE}_HANDLER()。在編譯階段，操作數(shù)的類型是已知的，也就確定了每個(gè)編譯出來的OPCode對(duì)應(yīng)的Handler了。

那么這些Handler之間有什么不同呢？最大的不同應(yīng)該就是獲取操作數(shù)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)) { //

op1 = GET_OP1_UNDEF_CV(op1, BP_VAR_R);

}

if (IS_CONST == 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);

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); //

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)) { //

op1 = GET_OP1_UNDEF_CV(op1, BP_VAR_R);

}

if (IS_CV == 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);

ZEND_VM_NEXT_OPCODE_CHECK_EXCEPTION();

}

OPArray

OPArray是指一個(gè)包含許多要被順序執(zhí)行的OPCode的數(shù)組，如下圖：

OPArray由結(jié)構(gòu)體_zend_op_array表示：

struct _zend_op_array {

/* Common elements */

/* 省略 */

/* END of common elements */

/* 省略 */

zend_op *opcodes; //

/* 省略 */

};

在PHP中，每個(gè)PHP用戶函數(shù)或者PHP腳本、傳遞給eval()的參數(shù)，會(huì)被編譯為一個(gè)OPArray。

OPArray中包含了許多靜態(tài)的信息，能夠幫助執(zhí)行引擎更高效地執(zhí)行PHP代碼。部分重要的信息如下：

當(dāng)前腳本的文件名，OPArray對(duì)應(yīng)的PHP代碼在腳本中起始和終止的行號(hào)

/**的代碼注釋信息

refcount引用計(jì)數(shù)，OPArray是可共享的

try-catch-finally的跳轉(zhuǎn)信息

break-continue的跳轉(zhuǎn)信息

當(dāng)前作用域所有PHP變量的名稱

函數(shù)中用到的靜態(tài)變量

literals(字面量)，編譯階段已知的值，例如字符串“foo”，或者整數(shù)42

運(yùn)行時(shí)緩存槽，引擎會(huì)緩存一些后續(xù)執(zhí)行需要用到的東西

一個(gè)簡單的例子：

$a = 8;

$b = 'foo';

echo $a + $b;

OPArray中的部分成員其內(nèi)容如下：

OPArray包含的信息越多，即在編譯期間盡量的將已知的信息計(jì)算好存儲(chǔ)到OPArray中，執(zhí)行引擎就能夠更高效地執(zhí)行。我們可以看到每個(gè)字面量都已經(jīng)被編譯為zval并存儲(chǔ)到literals數(shù)組中(你可能發(fā)現(xiàn)這里多了一個(gè)整型值1，其實(shí)這是用于ZEND_RETURN OPCode的，PHP文件的OPArray默認(rèn)會(huì)返回1，但函數(shù)的OPArray默認(rèn)返回null)。OPArray所使用到的PHP變量的名字信息也被編譯為zend_string存儲(chǔ)到vars數(shù)組中，編譯后的OPCode則存儲(chǔ)到opcodes數(shù)組中。

OPCode的執(zhí)行

OPCode的執(zhí)行是通過一個(gè)while循環(huán)去做的：

//刪除了預(yù)處理語句

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); //執(zhí)行OPCode對(duì)應(yīng)的C函數(shù)

if (UNEXPECTED(!OPLINE)) { //當(dāng)前OPArray執(zhí)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");

}

那么是如何切換到下一個(gè)OPCode去執(zhí)行的呢？每個(gè)OPCode的Handler中都會(huì)調(diào)用到一個(gè)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()

該宏會(huì)把當(dāng)前的opline+skip(skip通常是1)，將opline指向下一條OPCode。opline是一個(gè)全局變量，指向當(dāng)前執(zhí)行的OPCode。

額外的一些東西

編譯器優(yōu)化

在Zend/zend_vm_execute.h中，會(huì)看到如下奇怪的代碼：

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 }

}

你可能會(huì)對(duì)if (IS_CONST == IS_UNUSED)和#if 0 || (IS_CONST != IS_UNUSED)感到奇怪。看下其對(duì)應(yīng)的模板代碼：

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時(shí)，會(huì)把OP1_TYPE替換為op1的類型，從而生成這樣子的代碼：if (IS_CONST == IS_UNUSED)，但C編譯器會(huì)把這些代碼優(yōu)化掉。

自定義Zend執(zhí)行引擎的生成

zend_vm_gen.php支持傳入?yún)?shù)--without-specializer，當(dāng)使用該參數(shù)時(shí)，每個(gè)OPCode只會(huì)生成一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的Handler，該Handler中會(huì)對(duì)操作數(shù)做類型判斷，然后再對(duì)操作數(shù)進(jìn)行讀寫。

另一個(gè)參數(shù)是--with-vm-kind=CALL|SWITCH|GOTO，CALL是默認(rèn)參數(shù)。

前面已提到執(zhí)行引擎是通過一個(gè)while循環(huán)執(zhí)行OPCode，每個(gè)OPCode中將opline增加1(通常情況下)，然后回到while循環(huán)中，繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)OPCode，直到遇到ZEND_RETURN。

如果使用GOTO執(zhí)行策略：

/* GOTO策略下，execute_ex是一個(gè)超大的函數(shù) */

ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *ex)

{

/* 省略 */

while (1) {

/* 省略 */

goto *(void**)(OPLINE->handler);

/* 省略 */

}

/* 省略 */

}

這里的goto并沒有直接使用符號(hào)名，其實(shí)是goto一個(gè)特殊的用法：Labels as Values。

執(zhí)行引擎中的跳轉(zhuǎn)

當(dāng)PHP腳本中出現(xiàn)if語句時(shí)，是如何跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的OPCode然后繼續(xù)執(zhí)行的？看下面簡單的例子：

$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

當(dāng)$a != 9時(shí)，JMPZ會(huì)使當(dāng)前執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到第5個(gè)OPCode，否則JMP會(huì)使當(dāng)前執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到第6個(gè)OPCode。其實(shí)就是對(duì)當(dāng)前的opline賦值為跳轉(zhuǎn)目標(biāo)OPCode的地址。

一些性能Tips

這部分內(nèi)容將展示如何通過查看生成的OPCode優(yōu)化PHP代碼。

echo a concatenation

示例代碼：

$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的值會(huì)被ZEND_CONCAT連接后存儲(chǔ)到一個(gè)臨時(shí)變量~4中，然后再echo輸出。

CONCAT操作需要分配一塊臨時(shí)的內(nèi)存，然后做內(nèi)存拷貝，echo輸出后，又要回收這塊臨時(shí)內(nèi)存。如果把代碼改為如下可消除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關(guān)鍵字。

簡單地說：

define()是一個(gè)函數(shù)調(diào)用

conast是關(guān)鍵字，不會(huì)產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用，要比define()輕量許多

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關(guān)鍵字定義常量必須處于最頂端的作用區(qū)域，這就意味著不能在函數(shù)內(nèi)，循環(huán)內(nèi)以及if語句之內(nèi)用const 來定義常量

const的操作數(shù)必須為IS_CONST類型

動(dòng)態(tài)函數(shù)調(diào)用

盡量不要使用動(dòng)態(tài)的函數(shù)名去調(diào)用函數(shù)：

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，只是將當(dāng)前opline指向下一條OPCode，編譯器產(chǎn)生這條指令是由于歷史原因。為何到PHP7還不移除它呢= =

看看使用動(dòng)態(tài)的函數(shù)名去調(diào)用函數(shù)：

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

不同點(diǎn)在于INIT_FCALL和INIT_DYNAMIC_CALL，看下兩個(gè)函數(shù)的源碼：

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)); /* 看下是否已經(jīng)在緩存中了 */

if (UNEXPECTED(fbc == NULL)) {

func = zend_hash_find(EG(function_table), Z_STR_P(fname)); /* 根據(jù)函數(shù)名查找函數(shù) */

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); /* 緩存查找結(jié)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多行代碼，就不貼出來了，會(huì)根據(jù)CV的類型(字符串、對(duì)象、數(shù)組)做不同的函數(shù)查找 */

}

很顯然INIT_FCALL相比INIT_DYNAMIC_CALL要輕量許多。

類的延遲綁定

簡單地說，類A繼承類B，類B最好先于類A被定義。

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

從生成的OPCode可以看出，上述PHP代碼在運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行引擎不需要做任何操作。類的定義是比較耗性能的工作，例如解析類的繼承關(guān)系，將父類的方法/屬性添加進(jìn)來，但編譯器已經(jīng)做完了這些繁重的工作。

如果類A先于類B被定義：

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

這里定義了Foo繼承自Bar，但當(dāng)編譯器讀取到Foo的定義時(shí)，編譯器并不知道任何關(guān)于Bar的情況，所以編譯器就生成相應(yīng)的OPCode，使其定義延遲到執(zhí)行時(shí)。在一些其他的動(dòng)態(tài)類型的語言中，可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤：Parse error : class not found。

除了類的延遲綁定，像接口、traits都存在延遲綁定耗性能的問題。

對(duì)于定位PHP性能問題，通常都是先用xhprof或xdebug profile進(jìn)行定位，需要通過查看OPCode定位性能問題的場(chǎng)景還是比較少的。

總結(jié)

希望通過這篇文章，能讓你了解到PHP虛擬機(jī)大致是如何工作的。具體opcode的執(zhí)行，以及函數(shù)調(diào)用涉及到的上下文切換，有許多細(xì)節(jié)性的東西，限于本文篇幅，在另一篇文章：PHP 7 中函數(shù)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行講解。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的php7 passthru,认识PHP 7虚拟机的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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