PHP8中新增的JIT編譯器怎么用

PHP 8 的 JIT（Just In Time）編譯器將作為擴(kuò)展集成到 php 中 Opcache 擴(kuò)展 用于運(yùn)行時(shí)將某些操作碼直接轉(zhuǎn)換為從 cpu 指令。

這意味著使用 JIT 后，Zend VM 不需要解釋某些操作碼，并且這些指令將直接作為 CPU 級(jí)指令執(zhí)行。

PHP 8 的 JIT

PHP 8 Just In Time (JIT) 編譯器帶來(lái)的影響是毋庸置疑的。但是到目前為止，我發(fā)現(xiàn)關(guān)于 JIT 應(yīng)該做什么卻知之甚少。

經(jīng)過(guò)多次研究和放棄，我決定親自檢查 PHP 源代碼。結(jié)合我對(duì) C 語(yǔ)言的一些知識(shí)和我目前收集到的所有零散信息，我提出了這篇文章，我希望它能幫助您更好地理解 PHP 的 JIT。

簡(jiǎn)單一點(diǎn)來(lái)說(shuō) ： 當(dāng) JIT 按預(yù)期工作時(shí)，您的代碼不會(huì)通過(guò) Zend VM 執(zhí)行，而是作為一組 CPU 級(jí)指令直接執(zhí)行。

這就是全部的想法。

但是為了更好地理解它，我們需要考慮 php 如何在內(nèi)部工作。不是很復(fù)雜，但需要一些介紹。

PHP 的代碼是怎么執(zhí)行的？

總所周知， PHP 是解釋型語(yǔ)言，但這句話本身是什么意思呢？

每次執(zhí)行 PHP 代碼（命令行腳本或者 WEB 應(yīng)用）時(shí)，都要經(jīng)過(guò) PHP 解釋器。最常用的是 PHP-FPM 和 CLI 解釋器。

解釋器的工作很簡(jiǎn)單：接收 PHP 代碼，對(duì)其進(jìn)行解釋，然后返回結(jié)果。

一般的解釋型語(yǔ)言都是這個(gè)流程。有些語(yǔ)言可能會(huì)減少幾個(gè)步驟，但總體的思路相同。在 PHP 中，這個(gè)流程如下：

讀取 PHP 代碼并將其解釋為一組稱為 Tokens 的關(guān)鍵字。這個(gè)過(guò)程讓解釋器知道各個(gè)程序都寫了哪些代碼。 這一步稱為 Lexing 或 Tokenizing 。拿到 Tokens 集合以后，PHP 解釋器將嘗試解析他們。通過(guò)稱之為 Parsing 的過(guò)程生成抽象語(yǔ)法樹（AST）。這里 AST 是一個(gè)節(jié)點(diǎn)集表示要執(zhí)行哪些操作。比如，「 echo 1 + 1 」實(shí)際含義是 「打印 1 + 1 的結(jié)果」 或者更詳細(xì)的說(shuō) 「打印一個(gè)操作，這個(gè)操作是 1 + 1」。有了 AST ，可以更輕松地理解操作和優(yōu)先級(jí)。將抽象語(yǔ)法樹轉(zhuǎn)換成可以被 CPU 執(zhí)行的操作需要一個(gè)用于過(guò)渡的表達(dá)式 (IR)，在 PHP 中我們稱之為 Opcodes 。將 AST 轉(zhuǎn)換為 Opcodes 的過(guò)程稱為 compilation 。有了 Opcodes ，有趣的部分就來(lái)了： executing 代碼！ PHP 有一個(gè)稱為 Zend VM 的引擎，該引擎能夠接收一系列 Opcodes 并執(zhí)行它們。執(zhí)行所有 Opcodes 后， Zend VM 就會(huì)將該程序終止。

這個(gè)圖可以讓你更清楚：

一個(gè)簡(jiǎn)化版的 PHP 解釋流程概述。

如你所見。這里有個(gè)問題：即使 PHP 代碼沒改變，每次執(zhí)行還是會(huì)走此流程嗎？

讓我們看回 Opcodes 。對(duì)了！這就是 Opcache 擴(kuò)展 存在的原因。

Opcache 擴(kuò)展

Opcache 擴(kuò)展是 PHP 附帶的，通常沒必要停用它。使用 PHP 最好打開 Opcache 。

它的作用是為 Opcodes 添加一個(gè)內(nèi)存共享緩存層。它的工作是從 AST 中提取新生成的 Opcodes 并緩存它們，以便執(zhí)行時(shí)

可以跳過(guò) Lexing/Tokenizing 和 Parsing 步驟。

這是包含 Opcache 擴(kuò)展的流程示意圖：

PHP 使用 Opcache 的解釋流程。如果文件已經(jīng)被解析，則 PHP 會(huì)為其獲取緩存的 Opcodes ，而不是再次解析。

完美的跳過(guò)了 Lexing/Tokenizing 、 Parsing 和 Compiling 步驟 。

旁注： 這是超贊的 PHP 7.4 預(yù)加載功能 RFC ! 允許你告訴 PHP FPM 解析代碼庫(kù)，將其轉(zhuǎn)換為 Opcodes 并且在執(zhí)行之前就將其緩存。

你想知道 JIT 是怎么參與這個(gè)解釋流程的嗎？這篇文章的將說(shuō)明。

Just In Time 編譯有什么效果？

聽了 Zeev 在 PHP Internals News 發(fā)表的 PHP 和 JIT 廣播 之后，我弄清了 JIT 實(shí)際做了什么事情。

如果說(shuō) Opcache 擴(kuò)展可以更快的獲取 Opcodes 將其直接轉(zhuǎn)到 Zend VM，則 JIT 讓它們完全不使用 Zend VM 即可運(yùn)行。

Zend VM 是用 C 編寫的程序，充當(dāng) Opcodes 和 CPU 之間的一層。 JIT 在運(yùn)行時(shí)直接生成編譯后的代碼，因此 PHP 可以

跳過(guò) Zend VM 并直接被 CPU 執(zhí)行。 從理論上說(shuō)，性能會(huì)更好。

這聽起來(lái)很奇怪，因?yàn)樵诰幾g成機(jī)器碼之前，需要為每種類型的結(jié)構(gòu)體編寫一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)。但實(shí)際上這也是合理的。

PHP 的 JIT 使用了名為 DynASM (Dynamic Assembler) 的庫(kù)，該庫(kù)將一種特定格式的一組 CPU 指令映射為許多不同 CPU 類型的匯編代碼。因此，編譯器只需要使用 DynASM 就可以將 Opcodes 轉(zhuǎn)換為特定結(jié)構(gòu)體的機(jī)器碼。

但是，有一個(gè)問題困擾了我很久。

如果預(yù)加載能夠在執(zhí)行之前將 PHP 代碼解析為 Opcodes，并且 DynASM 可以將 Opcodes 編譯為機(jī)器碼 (Just In Time 編譯) ，為什么我們不立即使用運(yùn)行前編譯 (Ahead of Time 編譯) 立即編譯 PHP 呢？

通過(guò)收聽 Zeev 的廣播，我找到的原因之一就是 PHP 是弱類型語(yǔ)言，這意味著在 Zend VM 嘗試執(zhí)行某個(gè)操作碼之前， PHP 通常不知道變量的類型。

可以查看 Zend_value 聯(lián)合類型 得知，很多指針指向不同類型的變量。每當(dāng) Zend VM 嘗試從 Zend_value 獲取值時(shí)，它都會(huì)使用像 ZSTR_VAL 這樣的宏，獲取聯(lián)合類型中字符串的指針。

例如，這個(gè) Zend VM handler 是處理「小于或等于」(<=) 表達(dá)式?？纯此幋a這么多的 if else 分支，只是為了類型推斷。

使用機(jī)器碼執(zhí)行類型推斷邏輯是不可行的，并且可能變得更慢。

先求值再編譯也不是一個(gè)好選擇，因?yàn)榫幾g為機(jī)器碼是 CPU 密集型任務(wù)。因此，在運(yùn)行時(shí)編譯所有內(nèi)容也不好。

那么 Just In Time 編譯是怎么做的？

現(xiàn)在我們知道無(wú)法很好的推斷類型來(lái)提前編譯。我們也知道在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行編譯的運(yùn)算成本很高。那么 JIT 對(duì) PHP 有何好處呢？

為了尋求平衡， PHP 的 JIT 嘗試只編譯有價(jià)值的 Opcodes 。為此， JIT 會(huì)分析 Zend VM 要執(zhí)行的 Opcodes 并檢查可能編譯的地方。（根據(jù)配置文件）

當(dāng)某個(gè) Opcode 編譯后，它將把執(zhí)行交給該編譯后的代碼，而不是交給 Zend VM ?？雌饋?lái)如下：

PHP 的 JIT 解釋流程。如果已編譯，則 Opcodes 不會(huì)通過(guò) Zend VM 執(zhí)行。

因此，在 Opcache 擴(kuò)展中，有兩條檢測(cè)指令判斷要不要編譯 Opcode 。如果要，編譯器將使用 DynASM 將此 Opcode 轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼，并執(zhí)行此機(jī)器碼。

有趣的是，由于當(dāng)前接口中編譯的代碼有 MB 的限制 (也是可配置的)，所以代碼執(zhí)行必須能夠在 JIT 和解釋代碼之間無(wú)縫切換。

順便說(shuō)一句，Benoit Jacquemont 在 php 的 JIT 上的這篇演講幫助我理解了這整件事。

我仍然不確定編譯部分什么時(shí)候有效進(jìn)行，但我想現(xiàn)在我真的不想知道。

以上就是PHP 8 新特性 JIT 理解的詳細(xì)內(nèi)容，更多請(qǐng)關(guān)注億速云其它相關(guān)文章！