深入理解PHP7内核之FAST_ZPP

从PHP7开始，大家可能会发现，不少函数不再使用传统的参数处理方式，而是改用了我们称之为Fast zend parameters parsing(FAST_ZPP)的新型方式, 比如在PHP7之前，count函数是这样的:

PHP_FUNCTION(count)
{
    zval *array;
    long mode = COUNT_NORMAL;

    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "z|l", &array, &mode) == FAILURE) {
        return;
    }
    ....
}

在PHP7以后，变成了:

PHP_FUNCTION(count)
{
    zval *array;
    zend_long mode = COUNT_NORMAL;

    ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(1, 2)
        Z_PARAM_ZVAL(array)
        Z_PARAM_OPTIONAL
        Z_PARAM_LONG(mode)
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();
    ...
}

很多PHP扩展开发的同学可能在初次接触的时候，会觉得很陌生，不要焦虑，让我慢慢道来 ：）

当时在做PHPNG(PHP7的开发项目代号)的开发的时候，我们主要的发现性能提升点的一个方式就是bench各种大型实际项目，来发现占用资源比较大的部分，而最常用benchmark对象之一是wordpress，因为它够复杂，够慢，（它也是我们开发JIT的时候对主要bench目标:)) 代表了非OO型代码类的典型应用， 在实际的benchmark的过程中我们发现，将近有6%的耗时被zend_parse_parameters给占用了。

事实上zend_parameters_parsing确实是一个很庞大的函数:

ZEND_API int zend_parse_parameters(int num_args, const char *type_spec, ...)

它根据type_spec字符串中指定的标识符，来处理输入参数，而这个参数符有很多种(具体含义可以参看: README.PARAMETER_PARSING_API):

a A b C d f h H l L o O p P r s S z * + | / !

根据不同的组合来表示我们的PHP函数要接受的参数类型，比如例子中的count, 通过”z|l”表示要接受一个zval类型的参数，和一个可选的long类型的mode参数，当zend_parse_parameters在runtime的时候被调用的时候，就会需要分析这些字符，然后调用对应的逻辑，对于一些本身就很简单的函数来说，比如count，这个开销就会显得很明显。

再回头来看这个函数的特点，我们会发现，比如对于count这个例子来说，其实type_spec在编译期就是确定的常量，也就是说，其实在编译的时候，我们就应该已经知道了”a|l”应该调用那些对应的参数处理逻辑。

而事实上，当代的编译器都具备这个基本优化能力, 比如对于如下的代码:

#include <stdlib.h>

#define AAA  1;
int main() {
    int a = AAA;
    if (a) {
        abort();
    }
    return 0;
}

如果我们尝试让编译优化(-o2)它，并检查生成的汇编:

main:
.LFB18:
    subq    $8, %rsp
    call    abort@PLT

大家可以看到，if判断已经被抹掉了， 因为在编译时刻， 就能知道a是1， if一定为真。

而FAST_ZPP就是充分借助了这个能力而来的一种新型的参数申明方式， 比如对于Z_PARAM_ZVAL(array)

#define Z_PARAM_ZVAL_EX(dest, check_null, separate) \
        if (separate) { \
            Z_PARAM_PROLOGUE(separate); \
            zend_parse_arg_zval_deref(_arg, &dest, check_null); \
        } else { \
            ++_i; \
            ZEND_ASSERT(_i <= _min_num_args || _optional==1); \
            ZEND_ASSERT(_i >  _min_num_args || _optional==0); \
            if (_optional && UNEXPECTED(_i >_num_args)) break; \
            _real_arg++; \
            zend_parse_arg_zval(_real_arg, &dest, check_null); \
        }

#define Z_PARAM_ZVAL(dest) \
    Z_PARAM_ZVAL_EX(dest, 0, 0)

在编译时刻就能被先替换为:

zend_parse_arg_zval(((zval*)execute_data) - 1, &array, 0);

而如果我们进一步审视zend_parse_arg_zval:

static zend_always_inline void zend_parse_arg_zval(zval *arg, zval **dest, int check_null)
{
    *dest = (check_null &&
        (UNEXPECTED(Z_TYPE_P(arg) == IS_NULL) ||
         (UNEXPECTED(Z_ISREF_P(arg)) &&
          UNEXPECTED(Z_TYPE_P(Z_REFVAL_P(arg)) == IS_NULL)))) ? NULL : arg;
}

我们会发现它也是一个inline申明的函数，而参数因为是常量，那么就可以进一步被evaluate成：

zval *array = ((zval*)execute_data) - 1;

怎么样，是不是一看就知道会快很多？ 没有type_spec分析，没有额外的函数调用，直接获取到参数。

刚刚说到的inline函数可以在编译时期根据常数的剪枝内联, 也是用来避免同类函数的重复代码的很好的方法，在PHP7中也有大量使用，有兴趣的可以参看zend_hash.c中的很多相似函数的定义。

当然，这么做也有一个问题就是， 会增大我们程序的binary size， 这个也很容易理解， 比如对于count来说，本来原来只是调用一个外部函数，一个call指令就够了，但现在就会有很多内联进来的指令。

而binary size变大以后，执行时期的cache miss就会增大，也会影响性能，所以FAST_ZPP我们也不是建议全部使用， 而真是针对实际应用中调用频率比较大，并且本身函数逻辑较为简单的函数来使用.

总结一下，一般来说，我们自己写的扩展函数，并不需要一定使用FAST_ZPP， 因为如果自身是复杂的函数逻辑的， 这点开销对比起来，其实也还好了。

最后，附上新的FAST_ZPP API和老的参数描述之间的对应如下:

原描述符	FAST_ZPP	参数类型
a	Z_PARAM_ARRAY(dest)	zval*
A	Z_PARAM_ARRAY_OR_OBJECT(dest)	zval*
b	Z_PARAM_BOOL(dest)	zend_bool
C	Z_PARAM_CLASS(dest)	zend_class_entry*
d	Z_PARAM_DOUBLE(dest)	double
f	Z_PARAM_FUNC(fci, fcc)	fci
h	Z_PARAM_ARRAY_HT(dest)	HashTable*
H	Z_PARAM_ARRAY_OR_OBJECT_HT(dest)	HashTable*
l	Z_PARAM_LONG(dest)	long
L	Z_PARAM_STRICT_LONG(dest)	long
o	Z_PARAM_OBJECT(dest)	zval*
O	Z_PARAM_OBJECT_OF_CLASS(dest, ce)	zval*
p	Z_PARAM_PATH(dest, dest_len)	char*, dest_len - int
P	Z_PARAM_PATH_STR(dest)	zend_string*
r	Z_PARAM_RESOURCE(dest)	zval*
s	Z_PARAM_STRING(dest, dest_len)	char*, dest_len - int
S	Z_PARAM_STR(dest)	zend_string*
z	Z_PARAM_ZVAL(dest)	zval*
|	Z_PARAM_OPTIONAL
+	Z_PARAM_VARIADIC('+', dest, num)	zval*, num int
*	Z_PARAM_VARIADIC('*', dest, num)	zval*, num int
	Z_PARAM_ZVAL_DEREF(dest)	zval*