开发内功修炼@张彦飞大家好，我是飞哥！
前面我们讨论了内存的工作原理，也进行了一些性能相关的测试。那么今天开始我们来看几个在实践中的应用。首先我们先从PHP开始。
2015年，PHP7的发布可以说是在技术圈里引起了不小的轰动，因为它的执行效率比PHP5直接翻了一倍。PHP7在内存方面，你是否知道作者都进行了哪些优化？你是否能够深层次理解到作者优化思路的精髓？
让我们从几个核心的数据结构改进开始看起。
PHP7 zval变化
1、php5.3中的zval：
typedef unsigned int zend_object_handle;
typedef struct _zend_object_value {
zend_object_handle handle;
zend_object_handlers *handlers;
} zend_object_value;
typedef union _zvalue_value {
long lval; /* long value */
double dval; /* double value */
struct {
char *val;
int len;
} str;
HashTable *ht; /* hash table value */
zend_object_value obj;
} zvalue_value;
struct _zval_struct {
/* Variable information */
zvalue_value value; /* value */
zend_uint refcount__gc;
zend_uchar type; /* active type */
zend_uchar is_ref__gc;
};我们这里只讨论64位操作系统下的情况。该_zval_struct结构体中的由四个成员构成，其中zvalue_value稍微复杂一些，是一个联合体。联合体中最长的成员是一个指针加一个int，8+4=12字节。但是默认情况下，会进行内存对齐，故_zval_struct会占用16字节。 那么
_zval_struct总的字节 = value（16）+ refcount__gc（4）+ type（1）+ is_ref__gc（1）= 占用22字节。最后再考虑下内存对齐，实际占用24字节。（如果算的有点晕话，感兴趣的同学可以写段简单的测试代码，使用sizeof查看一下）
2、PHP7.2中的zval
typedef struct _zval_struct zval;
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value */
double dval; /* double value */
zend_refcounted *counted;
zend_string *str;
zend_array *arr;
zend_object *obj;
zend_resource *res;
zend_reference *ref;
zend_ast_ref *ast;
zval *zv;
void *ptr;
zend_class_entry *ce;
zend_function *func;
struct {
uint32_t w1;
uint32_t w2;
} ww;
} zend_value;
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type,
zend_uchar type_flags,
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved)
} v;
int type_info;
} u1;
union { ...... } u2;
};7.2中的_zval_struct结构体里由3个成员构成，其中zend_value看起来比较复杂，实际上只是一个8字节的联合体。 u1也是一个联合体，占用是4个字节。u2也一样。这样_zval_struct就实际占用16个字节。
PHP7 HashTable变化
1、PHP5.3里的HashTable:
typedef struct _hashtable {
uint nTableSize;
uint nTableMask;
uint nNumOfElements; //注意这里：浪费ing
ulong nNextFreeElement;
Bucket *pInternalPointer; /* Used for element traversal */
Bucket *pListHead;
Bucket *pListTail;
Bucket **arBuckets;
dtor_func_t pDestructor;
zend_bool persistent;
unsigned char nApplyCount;
zend_bool bApplyProtection;
} HashTable;再5.3里HashTable就是一个大struct， 有点小复杂，我们拆开了细说，
- uint nTableSize 4字节
- uint nTableMask 4字节
- uint nNumOfElements 4字节，
- ulong nNextFreeElement 8字节 注意这前面的4个字节会被浪费掉，因为nNextFreeElement的开始地址需要对齐
- Bucket *pInternalPointer 8字节
- Bucket *pListHead 8字节
- Bucket *pListTail 8字节
- Bucket **arBuckets 8字节
- dtor_func_t pDestructor 8字节
- zend_bool persistent 1字节
- unsigned char nApplyCoun 1字节
- zend_bool bApplyProtection 1字节
最终
总字节数 = 4+4+4+4(nNextFreeElement前面这四个字节会留空)+8+8+8+8+8+8+1+1+1 = 67字节。再加上结构体本身要对齐到8的整数倍，所以实际占用72字节。
2、PHP7.2里的HashTable:
typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
zend_refcounted_h gc;
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar flags,
zend_uchar nApplyCount,
zend_uchar nIteratorsCount,
zend_uchar consistency)
} v;
uint32_t flags;
} u;
uint32_t nTableMask;
Bucket *arData;
uint32_t nNumUsed;
uint32_t nNumOfElements;
uint32_t nTableSize;
uint32_t nInternalPointer;
zend_long nNextFreeElement;
dtor_func_t pDestructor;
};s在7.2里HashTable
- zend_refcounted_h gc 看起来唬人，实际就是个long，占用8字节
- union... u 占用4字节
- uint32_t 占用4字节
- Bucket* 指针占用8字节
- uint32_t nNumUsed 占用4字节
- uint32_t nNumOfElements 占用4字节
- uint32_t nTableSize 占用4字节
- uint32_t nInternalPointer 占用4字节
- zend_long nNextFreeElement 占用8字节
- dtor_func_t pDestructor 占用8字节
总字节数 = 8+4+4+8+4+4+4+4+8+8 = 56字节占用56字节，并且正好达到了内存对齐的状态，没有额外的浪费。
另外还有PHP源代码里经常出镜的Buckets也从72下降到了32字节，这里我就不翻源代码了。
优化思路精髓
我们看了两个核心数据结构的结构体变化，这上面的优化都是什么含义呢？ 拿HashTable举例，貌似从72字节优化到了56字节，这内存节约的也不是特别多嘛，才20%多而已！
但这中间其实隐藏了两个较深层次优化思路
第一、CPU在向内存要数据的时候是以Cache Line为单位进行的，而我们说过Cache Line的大小就是64字节。回过头来看HashTable，在7.2里的56字节，只需要CPU向内存进行一次Cache Line大小的burst IO，就够了。而在5.3里的72字节，虽然只比Cache Line大了那么一丢丢，但是对不起，必须得进行两次burst IO才可以。 所以，在计算机里，72字节相对56字节实际上是翻倍的性能提升！！
第二、CPU的L1、L2、L3的容量是固定的几十K或者几十M。假设Cache的都是HashTable，那么Cache容量不变的条件下，PHP7里能Cache住的HashTable数量将会翻倍，缓存命中率提升一大截。要知道L1命中后只需要1ns多一点的耗时，而如果穿透到内存的话可能就需要40多纳秒的延时了，整整差了几十倍。
所以PHP内核的作者大牛深谙CPU与内存的工作原理，表面上看起来只是几个字节的节约，但是实际上爆发出了巨大的性能提升！！
写在最后，由于我的这些知识在公众号里文章比较分散，很多人似乎没有理解到我对知识组织的体系结构。而且图文也不像视频那样理解起来更直接。所以我在知识星球上规划了视频系列课程，包括硬件原理、内存管理、进程管理、文件系统、网络管理、Golang语言、容器原理、性能观测、性能优化九大部分大约 120 节内容，每周更新。加入方式参见我要开始搞知识星球啦、如何才能高效地学习技术,我投“融汇贯通”一票
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