歪麦博客

PHP Opcache工作原理

歪麦

PHP项目中，尤其是在高并发大流量的场景中，如何提升PHP的响应时间，是一项十分重要的工作。

而Opcache又是优化PHP性能不可缺失的组件，尤其是应用了PHP框架的项目中，作用更是明显。

1. 概述

在理解 OPCache 功能之前，我们有必要先理解PHP-FPM + Nginx 的工作机制，以及PHP脚本解释执行的机制。

1.1 PHP-FPM + Nginx 的工作机制

请求从Web浏览器到Nginx，再到PHP处理完成，一共要经历如下五个步骤：

第一步：启动服务

第二步：Request => Nginx

第三步：Nginx => PHP-FPM

第四步：PHP-FPM Master => Worker

第五步：PHP-FPM Worker => Master => Nginx

1.2 PHP脚本解释执行的机制

了解了PHP + Nginx 整体的处理流程后，我们接下来看一下PHP脚本具体执行流程，

首先我们看一个实例：

<?php
if (!empty($_POST)) {
    echo "Response Body POST: ", json_encode($_POST), "\n";
}

if (!empty($_GET)) {
    echo "Response Body GET: ", json_encode($_GET), "\n";
}

我们分析一下执行过程：

  1. php初始化执行环节，启动Zend引擎，加载注册的扩展模块
  2. 初始化后读取脚本文件，Zend引擎对脚本文件进行词法分析(lex)，语法分析(bison)，生成语法树
  3. Zend 引擎编译语法树，生成opcode，
  4. Zend 引擎执行opcode，返回执行结果

在PHP cli模式下，每次执行PHP脚本，四个步骤都会依次执行一遍；

在PHP-FPM模式下，步骤1)在PHP-FPM启动时执行一次，后续的请求中不再执行；步骤2)~4)每个请求都要执行一遍；

其实步骤2)、3)生成的语法树和opcode，同一个PHP脚本每次运行的结果都是一样的，

在PHP-FPM模式下，每次请求都要处理一遍，是对系统资源极大的浪费，那么有没有办法优化呢？

当然有，如：

2. OPCache 介绍

OPCache 是Zend官方出品的，开放自由的 opcode 缓存扩展，还具有代码优化功能，省去了每次加载和解析 PHP 脚本的开销。

PHP 5.5.0 及后续版本中已经绑定了 OPcache 扩展。

缓存两类内容:

3. OPCache 原理

OPCache缓存的机制主要是：将编译好的操作码放入共享内存，提供给其他进程访问。

这里就涉及到内存共享机制，另外所有内存资源操作都有锁的问题，我们一一解读。

3.1 共享内存

UNIX/Linux 系统提供很多种进程间内存共享的方式：

OPCache 使用了前三个共享内存机制，根据配置或者默认mmap 内存共享模式。

依据PHP字节码缓存的场景，OPCache的内存管理设计非常简单，快速读写，不释放内存，过期数据置为Wasted。

当Wasted内存大于设定值时，自动重启OPCache机制，清空并重新生成缓存。

3.2 互斥锁

任何内存资源的操作，都涉及到锁的机制。

共享内存：一个单位时间内，只允许一个进程执行写操作，允许多个进程执行读操作；

写操作同时，不阻止读操作，以至于很少有锁死的情况。

这就引发另外一个问题：新代码、大流量场景，进程排队执行缓存opcode操作；重复写入，导致资源浪费。

4. OPCache 缓存解读

OPCache 是官方的Opcode 缓存解决方案，在PHP5.5版本之后，已经打包到PHP源码中一起发布。

它将PHP编译产生的字节码以及数据缓存到共享内存中, 在每次请求，从缓存中直接读取编译后的opcode，进行执行。

通过节省脚本的编译过程，提高PHP的运行效率。

如果正在使用APC扩展，做同样的工作，现在强烈推荐OPCache来代替，尤其是PHP7中。

4.1 OPCode 缓存

Opcache 会缓存OPCode以及如下内容：

4.2 Interned String 缓存

首先我们需要理解，什么是 Interned String？

在PHP5.4的时候, 引入了Interned String机制, 用于优化PHP对字符串的存储和处理。

尤其是处理大块的字符串，比如PHP doces时，Interned String 可以优化内存。

Interned String 缓存的内容包括： 变量名称、类名、方法名、字符串、注释等。

在PHP-FPM模式中，Interned String 缓存字符，仅限于Worker 进程内部。

而缓存到OPCache中，那么Worker进程之间可以使用 Interned String 缓存的字符串，节省内存。

我们需要注意一个事情，在PHP开发中，一般会有大段的注释，也会被缓存到OPCache中。

可以通过php.ini的配置，关闭注释的缓存。

但是，像Zend Framework等框架中，会引用注释，所以，是否关闭注释的缓存，需要区别对待。

5. OPCache 更新策略

是缓存，都存在过期，以及更新策略等。

而OPCache的更新策略非常简单，到期数据置为Wasted，达到设定值，清空缓存，重建缓存。

这里需要注意：在高流量的场景下，重建缓存是一件非常耗费资源的事儿。

OPCache 在创建缓存时并不会阻止其他进程读取。

这会导致大量进程反复新建缓存。所以，不要设置OPCache过期时间

每次发布新代码时，都会出现反复新建缓存的情况。如何避免呢？

6. OPCache 的配置

6.1 内存配置

6.2 允许缓存的文件数量以及大小

6.3 注释相关的缓存

6.4 二级缓存的配置

 

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