PHP的JIT编译器

【图书介绍】《ThinkPHP 8高效构建Web应用》-CSDN博客

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PHP是一种广泛使用的脚本语言，被用于构建各种规模的Web应用程序。然而，由于其解释执行的本质，PHP在处理大量计算密集型任务时可能会遇到性能瓶颈。为了解决这个问题，PHP 8引入了一个令人激动的新特性—JIT（即时编译）编译器。

JIT（Just-In-Time）编译器是一种在运行时将解释的代码转换为机器码的技术。这种转换可以显著提高代码的执行速度，使得PHP在处理复杂算法和大数据集时表现更出色。本节将深入探索PHP 8的JIT编译器，了解其工作原理、优势和使用技巧。

2.5.1  PHP中JIT编译器的特性

PHP中JIT编译器的特性包括解释执行、直接执行、解释执行过程和Opcache。

1. 解释执行

在解释执行中，代码是逐行解释并执行的。解释器读取源代码的任意行，同时分析该行的含义，并立即执行相应的操作。解释器将代码逐行翻译为机器指令并执行，不进行额外的编译步骤。每次执行代码时，都需要进行解释和执行的过程。

解释执行的优点是灵活性高，因为它可以根据具体环境和条件进行动态调整。它还支持动态特性，如动态类型和运行时代码修改。然而，解释执行的效率通常较低，因为它需要在执行过程中对代码进行解释和翻译，导致执行速度相对较慢。

2. 直接执行

在直接执行中，代码在执行之前会被编译成机器码（或类似的低级形式）。编译过程将源代码转换为一系列机器指令，这些指令可以直接在硬件上执行。直接执行通常是通过编译器完成的，这样可以将代码转换为与特定硬件架构相关的机器指令。

直接执行的优点是执行速度快，因为代码已经被预先编译成机器码了，因此不需要在执行时进行解释和翻译。它还可以进行各种优化，如静态类型检查和编译器优化。然而，直接执行通常缺乏灵活性，因为编译过程发生在执行之前，无法根据具体环境和条件进行动态调整。

3. 解释执行过程

下面介绍一下传统的PHP代码解释执行的过程：

（1）词法分析（Lexical Analysis）：PHP解释器首先会将源代码分解为一个一个的词法单元（tokens）。词法单元可以是关键字、标识符、运算符、常量等。

（2）语法分析（Syntax Analysis）：在这个阶段，PHP解释器将词法单元组合成语法结构，形成抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）。抽象语法树表示了源代码的结构和语义。

（3）语义分析（Semantic Analysis）：在这一阶段，PHP解释器会检查代码的语义正确性，包括变量和函数的声明、类型检查、作用域等。它还会解析命名空间、类、接口和其他语言特性。

（4）字节码生成（Bytecode Generation）：在这个阶段，PHP解释器将抽象语法树转换为中间表示形式，即字节码。字节码是一种类似于机器码但不直接在硬件上执行的低级代码。

（5）执行：PHP解释器按照顺序逐条执行字节码指令。这是解释器的核心阶段，其中包括变量赋值、函数调用、条件判断、循环等操作。解释器会根据指令的操作码和操作数执行相应的操作。

需要注意的是，PHP在解释执行过程中是逐行解释的，即每次只执行一行代码。这与编译型语言不同，编译型语言在程序执行前会将源代码编译成机器码，然后直接在硬件上执行。

4. Opcache

Opcache是PHP的一个扩展，旨在提高PHP脚本的性能。它通过缓存编译后的字节码，避免在每次脚本执行时重复进行词法分析、语法分析和字节码生成的过程。

启用Opacache扩展后PHP的执行流程如下：

（1）检查是否有可用的字节码缓存，如果没有，则需要先生成字节码，步骤为：词法分析→语法分析→语义分析→字节码生成。

（2）PHP解释器执行缓存好的字节码。

2.5.2  PHP中的JIT编译器

虽然启用Opcache能够避免每次请求时都重新生成字节码，但字节码仍然需要通过PHP解释器来执行，这本质上仍然是解释执行的方式，因此性能上存在一定的限制。然而，引入JIT（即时编译器）后，频繁执行的热点代码可以被编译成原生机器码，这样CPU可以直接执行这些代码，显著提升了执行效率。

PHP的JIT编译器是对Opcache的一个补充而非替代品。JIT编译器在Opcache已经缓存好的字节码基础上，结合运行时的信息进行进一步优化，直接将字节码编译为机器码。

PHP的JIT工作原理概述如下：

• 热点代码识别：JIT通过监控代码的执行情况来识别热点代码。这些热点代码是指在程序运行时频繁被执行的代码片段，比如循环和计算密集型的函数。JIT技术会根据代码的执行频率和重要性来决定哪些代码应该被编译。
• 即时编译：一旦识别出热点代码，JIT便会将这些代码片段提取出来，并动态编译成机器码。这些编译后的机器码可以直接在硬件上执行，跳过了逐行解释的过程。
• 缓存与重用：编译后的机器码通常会存储在缓存中，以便后续执行时直接调用，避免了重复编译的过程，从而提升了执行效率。
• 动态优化：JIT还能应用多种优化技术来增强代码的执行性能。例如，它可以通过内联优化减少函数调用的开销，或者根据变量类型信息进行基于类型的优化，生成更高效的机器码。

在执行脚本时，如果已经有可用的机器码，那么将直接执行这些机器码，无须从Opcache获取字节码，也省去了生成字节码的步骤，从而实现了性能的大幅提升。

2.5.3  使用JIT编译器

前面的内容提到过，JIT编译器是构建在Opcache基础之上的，因此只需要安装Opcache扩展即可通过配置文件启用JIT。

下面是笔者在Mac系统下的Opcache配置文件，路径是/opt/homebrew/etc/php/8.3/conf.d/ ext-opcache.ini：

zend_extension=opcache.so
opcache.enable=1 # 开启Opacache
opcache.enable_cli=1 # 通过命令行执行PHP脚本时也启用Opcache
opcache.jit=1255
opcache.jit_buffer_size=64

而在Windows系统下使用JIT也是需要先开启Opcache，此扩展默认已经包含到 PHP Windows 版本中，只要在php.ini中启用这个扩展即可。使用Opcache可以自动编译和优化 PHP 脚本，并将它们缓存在内存中，这样就不会在每次加载页面时动态编译PHP脚本。在Windows系统中，Opcache需要配置在php.ini中，部分配置如下所示：

zend_extension=opcache
opcache.enable=1
opcache.enable_cli=0
opcache.jit=1255
opcache.jit_buffer_size=64

Windows系统中有关Opcache每个配置项的含义，读者可以参考PHP官网的帮助文档。

JIT编译器是PHP 8中引入的一个关键特性，其主要目的是提升PHP脚本的执行效率。与传统逐行解释执行的方式不同，JIT编译器能够将频繁执行的热点代码动态转换为机器码。这一转换过程消除了逐行解释的需要，显著加快了代码的执行速度。