PHP 性能分析（三）: 性能调优实战

2015-10-29 10:19

译自：https://blog.engineyard.com/2014/profiling-with-xhprof-xhgui-part-3 作者： Davey Shafik
转自：http://news.oneapm.com/php-performance-tuning/

在本系列的第一篇中，我们介绍了 XHProf 。而在第二篇中，我们深入研究了 XHGui UI，现在最后一篇，让我们把 XHProf /XHGui 的知识用到工作中！

性能调优

不用运行的代码才是绝好的代码。其他只是好的代码。所以，性能调优时，最好的选择是首先确保运行尽可能少的代码。

OpCode 缓存

首先，最快且最简单的选择是启用 OpCode 缓存。OpCode 缓存的更多信息可以在这里找到。

在上图，我们看到启用 Zend OpCache 后发生的情况。最后一行是我们的基准，也即没有启用缓存的情况。

在中间行，我们看到较小的性能提升，以及内存使用量的大幅减少。小的性能提升(很可能)来自 Zend OpCache 优化，而非 OpCode 缓存。

第一行是优化和 OpCode 缓存后结果，我们看到很大的性能提升。

现在，我们看看 APC 之前和之后的变化。如上图所示，跟 Zend OpCache 相比，随着缓存的建立，我们看到初始(中间行)请求的性能下降，在消耗时长与内存使用量方面的表现都明显下降。

接着，随之 opcode 缓存的建立，我们看到类似的性能提升。

内容缓存

第二件我们能做的事是缓存内容——这对 WordPress 而言小菜一碟。它提供了许多安装简便的插件来实现内容缓存，包括 WP Super Cache。WP Super Cache 会创建网站的静态版本。该版本会在出现诸如评论事件时依照网站设置自动过期。(例如，在非常高负载情况下，您可能会想禁止任何原因造成的缓存过期)。

内容缓存只能在几乎没有写操作时有效运行，写操作会使缓存失效，而读操作不会。

你也应该缓存应用从第三方 API 处收到的内容，从而减少由于 API 可用性导致的延迟与依赖。 WordPress 有两个缓存插件，可以大大提高网站的性能： W3 Total Cache 和 WP Super Cache。

这两个插件都会创建网站的静态 HTML 副本，而不是每次收到请求时再生成页面，从而压缩响应时间。

如果你正在开发自己的应用程序，大多数框架都有缓存模块:

Zend Framework 2:Zend\Cache
Symfony 2:Multiple options
Laravel 4:Laravel Cache
ThinkPHP 3.2.3:ThinkPHP Cache

查询缓存

另一个缓存选项是查询缓存。针对 MySQL，有一个通用的查询缓存帮助极大。对于其他数据库，将查询结果集缓存在 Memcached 或者 cassandra 这样的内存缓存，也非常有效。

跟内容缓存一样，查询缓存在包含大量读取操作的场景是最有效的。由于少量的数据改动就会使大块的缓存区无效，尤其不能在这种情况下依赖 MySQL 查询缓存来提高性能。

查询缓存或许在生成内容缓存时对性能有提升。

如下图所示，当我们开启查询缓存后，实际运行时间减少了 40% ，尽管内存使用量没有明显改变。

现有三种类型的缓存选项，由 query_cache_type 控制设置。

设置值为 0 或 OFF 将禁用缓存
设置值为 1 或 ON 将缓存除了以 SELECT SQL_NO_CACHE 开头之外的所有选择
设置值为 2 或 DEMAND 只会缓存以 SELECT SQL_CACHE 开头的选择

此外，你应该将 query_cache_size 设置为非零值。将它设置为零将禁用缓存，不管query_cache_type 是否设置。

想得到设置缓存的帮助，与许多其他性能相关的设置，请查看 mysql-tuning-primer 脚本。

MySQL 查询缓存的主要问题是，它是全局的。对缓存结果集构成的表格的任何更改都将导致缓存失效。在写入操作频繁的应用程序中，这将使缓存几乎无效。

然而，你还有许多其他选择，可以根据你的需求和数据集建立更多的智能缓存，例如 Memcached ， riak ， cassandra 或 redis

查询优化

如前所述，数据库查询常常是程序执行缓慢的原因，查询优化往往能比代码优化带来更多切身的好处。

查询优化有助于生成内容缓存时提高性能，而且，在无法缓存这种最坏的情况下也有益处。

除了分析， MySQL 还有一个帮助识别慢查询的选择——慢查询日志。慢查询日志会记录所有耗时超过指定时间的查询，以及不使用索引的查询（后者为可选项）。

您可以在 my.cnf 中使用以下配置启用日志。

[mysqld]
log_slow_queries =/var/log/mysql/mysql-slow.log&nbsp;
long_query_time =1
log-queries-not-using-indexes

任何查询如果慢于 long_query_time (以秒为单位)，该查询就会记录到日志文件log_slow_queries 中。默认值是10秒，最低1秒。

此外， log-queries-not-using-indexes 选项可以将任何不使用索引的查询捕获到日志中。

之后我们可以用与 MySQL 捆绑在一起的 mysqldumpslow 命令检查日志。

在 WordPress 安装时使用这些选项，主页加载完成并运行后得到如下数据:

$ mysqldumpslow -g "wp_" /var/log/mysql/mysql-slow.log

Reading mysql slow query log from /var/log/mysql/mysql-slow.log
Count: 1  Time=0.00s (0s)  Lock=0.00s (0s)  Rows=358.0 (358), user[user]@[host]
  SELECT option_name, option_value FROM wp_options WHERE autoload = 'S'

Count: 1  Time=0.00s (0s)  Lock=0.00s (0s)  Rows=41.0 (41), user[user]@[host]
  SELECT user_id, meta_key, meta_value FROM wp_usermeta WHERE user_id IN (N)

首先，注意所有字符串值都以 S 表示，数字则以 N 表示。你可以添加 -a 标志来显示这些值。

接下来，请注意，这两个查询均耗时 0.00 s，这意味着他们的耗时在 1 秒的阈值以下，且没有使用索引。

在 MySQL 控制台使用 EXPLAIN，可以检查性能下降的原因:

mysql> EXPLAIN SELECT option_name, option_value FROM wp_options WHERE autoload = 'S'\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: wp_options
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 433
        Extra: Using where

此处，我们看到 possible_keys 是 NULL，从而确认未使用索引。

EXPLAIN 是对优化 MySQL 查询非常强大的工具，更多信息可以在这里找到。

PostgreSQL 同样也包括一个 EXPLAIN (该 EXPLAIN 与 MySQL 的差别很大)，而 MongoDB 有$explain 元操作符。

代码优化

通常只有当你不再受到 PHP 本身限制(通过使用 OpCode 缓存)，缓存了尽可能多的内容，优化了查询之后，才可以开始调整代码。

代码和查询优化带来足够的性能提升才能创建其他缓存；代码在最糟糕的环境(没有缓存)下性能越高，应用就越稳定，重建缓存的速度也就越快。

让我们看看如何(潜在地)优化我们的 WordPress 安装。

首先，让我们看看最慢的函数:

令我惊讶的是，列表中的第一项不是 MySQL (事实上 mysql_query() 是第四)，而是apply_filter() 函数。

WordPress 代码库的特点是，通过基于事件的过滤系统执行多种数据转换，执行次序按照数据经内核、插件添加或回调的顺序。

apply_filter() 函数是这些回调应用的地方。

首先，你可能会注意到，函数被调用 4194 次。如果我们点击查看更多细节，就可以按照“调用次数”降序排列“父函数”，从而发现 translate() 调用了apply_filter() 函数 778 次。

这很有趣，因为实际上我不使用任何翻译。我(并怀疑大多数用户)在使用 WordPress 软件时都设置为本土语言：英语。

因此，让我们点击查看细节，进一步查看该 translate() 函数在做什么。

在这里，我们看到两间有趣的事。首先，在父函数中，有一个被调用了773次：__()。

查看该函数的源代码后，我们发现它是 translate() 的包装器。

<?php
/**
 * Retrieves the translation of $text. If there is no translation, or
 * the domain isn't loaded, the original text is returned.
 *
 * @see translate() An alias of translate()
 * @since 2.1.0
 *
 * @param string $text Text to translate
 * @param string $domain Optional. Domain to retrieve the translated text
 * @return string Translated text
 */
function __( $text, $domain = 'default' ) {
    return translate( $text, $domain );
}
?>

根据经验法则，函数调用代价昂贵，应该尽量避免。现在我们总是调用 __() 而不是translate() ，我们应该把别名改为 translate() 来保持向后兼容性，而 __() 则不再调用非必要的函数。

然而，实际上，这种改变不会带来多大的差异，只是微观的优化罢了——但它的确提高了代码可读性，简化了调用图。

继续前进，让我们看看子函数:

现在，深入该函数，我们看到有 3 个函数或方法被调用，每个 778 次:

get_translations_for_domain()
NOOP_Translations::translate()
apply_filters()

按照包容性实际运行时间降序排列，我们看到 apply_filter() 是目前为止耗时最长的调用。

查看代码：

<?php
function translate( $text, $domain = 'default' ) {
    $translations = get_translations_for_domain( $domain );
    return apply_filters( 'gettext', $translations->translate( $text ), $text, $domain );
}
?>

这段代码的作用是检索一个翻译对象，然后将 $translations->translate() 的结果传给apply_filter() 。我们发现 $translations 是 NOOP_Translations 类的一个实例。

仅根据名称(NOOP)，再经代码中的注释证实，我们发现翻译器实际上没有任何动作!

<?php
/**
 * Provides the same interface as Translations, but doesn't do anything
 */
class NOOP_Translations {
?>

因此，也许我们完全可以避免这种代码!

通过在代码上进行小规模调试，我们看到当前使用的是默认的域，我们可以修改代码以忽略翻译器:

<?php
function translate( $text, $domain = 'default' ) {
    if ($domain == 'default') {
        return apply_filters( 'gettext', $text, $text, $domain );
    }

    $translations = get_translations_for_domain( $domain );
    return apply_filters( 'gettext', $translations->translate( $text ), $text, $domain );
}
?>

接下来，我们再次分析，确保要运行至少两次——确保所有缓存都建立，才是公平的对比!

这次运行的确更快！但是，快多少？为什么?

使用 XHGui 的比较运行这一特性就能找到答案。回到我们最初的运行，点击右上角的 “比较此处运行” 按钮，并从列表中选择新的运行。

我们发现，函数调用的次数减少了3% ，包容性实际运行时间减少 9% ，包容性CPU时间减少12%!

之后，可以按调用次数降序排列细节页，这证实（如同我们的预期）get_translations_for_domain() 和 NOOP_Translations::translate() 函数的调用次数减少。同样，可以确认没有预料之外的变化发生。

30 分钟的工作带来9 - 12% 的性能提升，这非常可喜。这就意味着真实世界的性能收益，即便是在应用了 opcache 之后。

现在我们可以对其函数重复这个过程，直到找不到更多优化点。

注意：此更改已提交到 WordPress.org 并已获更新。你可以在 WordPress Bug Tracker跟踪讨论，查看实践过程。此更新计划包含在 WordPress 4.1 版本中。

其他工具

除了出色的 XHProf/XHGui，还有一些很好的工具。

New Relic & OneAPM

New Relic 与 OneAPM 均提供前后端性能分析；洞察后台堆栈讯息，包括 SQL 查询与代码分析，前端 DOM 与 CSS 呈现，以及 Javascript 语句。OneAPM 更多功能请移步 (OneAPM 在线DEMO)

uprofiler

uprofiler 是目前还未发布的 Facebook XHProf 分支，该分支计划删除 Facebook 所需的 CLA。目前，两者具备相同的特性，只有一些部分重命名了。

XHProf.io

XHProf.io 是 XHProf 的另一种用户界面。XHProf.io 在配置文件存储使用 MySQL ，用户友好性方面不及 XHGui。

Xdebug

在 XHProf 出现之前，Xdebug 早已存在——Xdebug 是一种主动的性能分析器，这意味着它不应该用于生产环境，但可以深入了解代码。

然而，它必须与另一个工具配合使用以读取分析器的输出，比如 KCachegrind。但是 KCachegrind 很难安装在非 linux 机器上。另一个选择是 Webgrind。

Webgrind 无法提供 KCachegrind 的那些特性，但它是一个 PHP Web 应用程序，在任何环境都易于安装。

若搭配 KCachegrind ，你可以轻易探索并发现性能问题。(事实上，这是我最喜欢的剖析工具！)

结语

分析和性能调优是非常复杂的工程。有了对的工具，并理解如何善用这些工具，我们可以很大程度地提高代码质量——即使是对我们不熟悉的代码库。

花时间去探索和学习这些工具是绝对值得的。