代码中的 PHP 解释器微优化

Question

偶然发现so thread 我决定用 PHP 编写类似的测试。 我的测试代码是这样的：

// Slow version
$t1 = microtime(true);
for ($n = 0, $i = 0; $i < 20000000; $i++) {
    $n += 2 * ($i * $i);
}
$t2 = microtime(true);
echo "n={$n}\n";

// Optimized version
$t3 = microtime(true);
for ($n = 0, $i = 0; $i < 20000000; $i++) {
    $n += $i * $i;
}
$n *= 2;
$t4 = microtime(true);
echo "n={$n}\n";

$speedup = round(100 * (($t2 - $t1) - ($t4 - $t3)) / ($t2 - $t1), 0);
echo "speedup: {$speedup}%\n";

结果

1. 在 PHP 2 * ($i * $i) 版本中的运行与 2 * $i * $i 非常相似，
   所以 PHP 解释器没有将字节码优化为 Java 中的 JVM
2. 即使我手动优化代码 - 我也有 ~ 8% 加速，当 Java 版本获得 ~16% 加速。所以 PHP 版本在 Java 代码中获得了大约 1/2 的加速因子。

优化原理

我不会详细介绍，但是优化和未优化代码中的乘法比率是 ->

1 总和：3/4
2 个总和：4/6
3 个总和：5/8
4 个总结：6/10
...

一般来说：

其中 n 是循环中的求和数。要成为对我们有用的公式 - 我们需要在 N 接近无穷大时计算它的极限（以复制我们在循环中进行大量求和的情况）。所以：

因此我们得出结论，在优化后的代码中，乘法必须减少 50%。

问题

1. 为什么 PHP 解释器没有应用代码优化？
2. 为什么 PHP 的加速因子只有 Java 的一半？

Answer 1

是时候分析由 PHP 解释器生成的 PHP 操作码了。为此，您需要安装 VLD extension 并从命令行使用它来生成手头的 php 脚本的操作码。

操作码分析

1. 似乎$i++ 与++$i 在操作码和内存使用方面不一样。语句 $i++;生成操作码：

POST_INC ~4 !1 免费〜4

将计数器增加 1 并将先前的值保存到内存插槽 #4。然后，因为该值从未使用过 - 将其从内存中释放。问题 - 如果从未使用过，为什么我们需要存储价值？

1. 似乎确实存在循环惩罚，因此我们可以通过执行循环展开来获得额外的性能。

优化的测试代码

将 POST_INC 更改为 ASSIGN_ADD（不会在内存中保存额外信息）并执行循环展开，可以使用这样的测试代码：

while (true) {

// Slow version
$t1 = microtime(true);
for ($n = 0, $i = 0; $i < 2000; $i+=10) {
    // loop unrolling
    $n += 2 * (($i+0) * ($i+0));
    $n += 2 * (($i+1) * ($i+1));
    $n += 2 * (($i+2) * ($i+2));
    $n += 2 * (($i+3) * ($i+3));
    $n += 2 * (($i+4) * ($i+4));
    $n += 2 * (($i+5) * ($i+5));
    $n += 2 * (($i+6) * ($i+6));
    $n += 2 * (($i+7) * ($i+7));
    $n += 2 * (($i+8) * ($i+8));
    $n += 2 * (($i+9) * ($i+9));
}
$t2 = microtime(true);
echo "{$n}\n";

// Optimized version
$t3 = microtime(true);
for ($n = 0, $i = 0; $i < 2000; $i+=10) {
    // loop unrolling
    $n += ($i+0) * ($i+0);
    $n += ($i+1) * ($i+1);
    $n += ($i+2) * ($i+2);
    $n += ($i+3) * ($i+3);
    $n += ($i+4) * ($i+4);
    $n += ($i+5) * ($i+5);
    $n += ($i+6) * ($i+6);
    $n += ($i+7) * ($i+7);
    $n += ($i+8) * ($i+8);
    $n += ($i+9) * ($i+9);
}
$n *= 2;
$t4 = microtime(true);
echo "{$n}\n";

$speedup = round(100 * (($t2 - $t1) - ($t4 - $t3)) / ($t2 - $t1), 0);
$table[$speedup]++;

echo "****************\n";
foreach ($table as $s => $c) {
  if ($s >= 0 && $s <= 20)
     echo "$s,$c\n";
}

}

结果

脚本将 CPU 命中的次数汇总为一个或其他加速值。 当 CPU hits vs Speedup 绘制成图表时，我们得到这样的图：

因此脚本很可能会获得 10% 的加速。这意味着我们的优化导致 +2% 加速（与原始脚本相比 8%）。

期望

我很确定我所做的所有这些事情 - 都可以由 PHP JIT'er 自动完成。我认为在生成二进制可执行文件时将一对 POST_INC/FREE 操作码自动更改为一个 PRE_INC 操作码并不难。 PHP JIT'er 可以应用循环展开也不是奇迹。而这只是优化的开始！

希望PHP 8.0 会有 JIT'er