Facebook揭秘HipHop項(xiàng)目 PHP程序大提速
編程效率高是PHP語(yǔ)言***的特點(diǎn)，但是作為腳本語(yǔ)言，一直存在著CPU和內(nèi)存使用效率不高的問(wèn)題，直到HipHop for PHP的出現(xiàn)。Facebook神秘的PHP項(xiàng)目HipHop for PHP終于揭開(kāi)面紗。這個(gè)項(xiàng)目由一個(gè)PHP到C++的轉(zhuǎn)換程序，一個(gè)重新實(shí)現(xiàn)的PHP運(yùn)行庫(kù)，和許多常用PHP擴(kuò)展的重寫版本構(gòu)成，目的是旨在加速和優(yōu)化PHP。
用Facebook官方博客（無(wú)法直接訪問(wèn)）上項(xiàng)目負(fù)責(zé)人趙海平（北大1987屆遺傳與分子生物專業(yè)，普林斯頓計(jì)算機(jī)科學(xué)博士）的話說(shuō)，HipHop項(xiàng)目對(duì)Facebook影響巨大。它目前已經(jīng)支撐了Facebook 90%的Web流量。由于HipHop，F(xiàn)acebook Web服務(wù)器上的CPU使用平均減少了50%，從而大大減少了服務(wù)器的需求。為了讓這一改進(jìn)也惠及社區(qū)，他們決定將之開(kāi)源，希望能夠進(jìn)一步幫助提高更多大型復(fù)雜PHP網(wǎng)站的可伸縮性。
PHP和Facebook的問(wèn)題
眾所周知，F(xiàn)acebook的前端主要是用PHP寫的。趙海平說(shuō)，過(guò)去六年Facebook從PHP語(yǔ)言的進(jìn)展上獲益良多。PHP非常簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，好讀好調(diào)試，因此新工程師成長(zhǎng)很快，有利地促進(jìn)了Facebook的更快的創(chuàng)新。
PHP是一種腳本語(yǔ)言，其好處是編程效率高，能夠支持產(chǎn)品的快速迭代。但是與傳統(tǒng)的編譯語(yǔ)言相比，腳本語(yǔ)言的CPU和內(nèi)存使用效率不好。隨著Ajax技術(shù)的廣泛采用，加上SNS對(duì)動(dòng)態(tài)要求較高，這些缺點(diǎn)更顯得突出。對(duì)于每月超過(guò)4000億次PV的Facebook來(lái)說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，尤其具有挑戰(zhàn)性。
常見(jiàn)的辦法是直接用C++重寫PHP應(yīng)用中比較復(fù)雜的部分，作為PHP擴(kuò)展。實(shí)際上，PHP就轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N膠水語(yǔ)言，連接前端HTML和C++應(yīng)用邏輯。從技術(shù)角度講這也沒(méi)有問(wèn)題，但是增加了技能需求，能夠在整個(gè)應(yīng)用上工作的工程師數(shù)量就大大減少了。學(xué)習(xí)C++只是編寫PHP擴(kuò)展的***步，接下來(lái)還要理解Zend API。由于Facebook的工程團(tuán)隊(duì)較小，每個(gè)工程師要支持100萬(wàn)以上的用戶。有些代碼不是團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人都能看懂，這對(duì)于Facebook是無(wú)法接受的。
Facebook網(wǎng)站本身的可伸縮性更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)閹缀趺看雾?yè)面瀏覽都是有個(gè)性化體驗(yàn)的登錄用戶發(fā)起。瀏覽主頁(yè) 時(shí)，系統(tǒng)需要查詢所有朋友、朋友最重要的狀態(tài)更新、 根據(jù)隱私設(shè)置篩選結(jié)果，然后還要顯示評(píng)論、照片等等動(dòng)態(tài)，這一切都需要在一秒內(nèi)完成。
自2007年以來(lái)，F(xiàn)acebook曾寫過(guò)幾種不同辦法解決這些問(wèn)題。其中包括用另一種語(yǔ)言重寫Facebook，但是由于開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性和速度等原因，未能實(shí)現(xiàn)。他們還重寫了PHP的核心部分Zend引擎，并提交給了PHP項(xiàng)目，但最終還是沒(méi)有獲得所需的性能。***，他們選擇了HipHop，終于得償所愿。
有了HipHop，工程師可以編寫代碼，用PHP編寫組合***頁(yè)面的邏輯，并能夠繼續(xù)快速迭代，同時(shí)后端服務(wù)使用C++, Erlang, Java, Py thon編寫，提供新聞提要、搜索、聊天和其他核心功能。
HipHop開(kāi)發(fā)故事
趙海平透露，項(xiàng)目最初是來(lái)自幾年前Facebook公司一次Hackathon活動(dòng)（員工在一個(gè)晚上自由發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)新的想法），他手工將PHP轉(zhuǎn)換為C++代碼，雖然語(yǔ)法上很類似，但是無(wú)論是CPU還是內(nèi)存使用，轉(zhuǎn)換后的C++代碼都大大優(yōu)于PHP。于是他想，如果構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)，編程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，會(huì)怎么樣呢？
在此之前，已經(jīng)有了不少改善PHP性能的方法。Zend引擎在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)換PHP源代碼為運(yùn)行在Zend虛擬機(jī)上的opcode。開(kāi)源項(xiàng)目APC和eAccelerator將輸出緩存，為大多數(shù)PHP網(wǎng)站所使用。此外，還有Zend Server這樣的商業(yè)產(chǎn)品，通過(guò)opcode優(yōu)化和緩存，提高PHP速度。趙海平選擇了另一條道路，將PHP直接轉(zhuǎn)為C++，然后再變成本地機(jī)器碼。當(dāng)然，有許多開(kāi)源項(xiàng)目也是同樣的思路，Roadsend和phc編譯為C，Quercus編譯為Java，而Phalanger編譯為.NET。
Hackathon之后8個(gè)月，趙海平拿出了原型，足以說(shuō)明這條路可以走通，編譯后的代碼的確更快。不久，Iain Proctor和Minghui Yang加入進(jìn)來(lái)。接下來(lái)又開(kāi)發(fā)了10個(gè)月，在生產(chǎn)服務(wù)器上測(cè)試了6個(gè)月。然后正式上線部署，6個(gè)月之后，F(xiàn)acebook 90%以上的Web流量都使用了HipHop。
按趙海平的說(shuō)法，憑借HipHop，F(xiàn)acebook Web服務(wù)器上的CPU使用平均減少了50%，從而大大減少了服務(wù)器的需求。項(xiàng)目對(duì)Facebook影響巨大。為了讓這一改進(jìn)也惠及社區(qū)，他們決定將之開(kāi)源，希望能夠進(jìn)一步幫助提高更多大型復(fù)雜PHP網(wǎng)站的可伸縮性。
HipHop的原理
HipHop將PHP代碼轉(zhuǎn)換為高度優(yōu)化的C++代碼，然后再用g++編譯器編譯。它可以保持語(yǔ)義等效地執(zhí)行源代碼，但為了提高性能，犧牲了一些很少用到的特性，比如eval()。
HipHop開(kāi)發(fā)中的主要困難在于，在PHP和C++這兩種很不一樣的語(yǔ)言之間怎么實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。雖然PHP也可以寫一些很巧妙的動(dòng)態(tài)特性，但是大多數(shù)PHP代碼還是非常簡(jiǎn)單的。if (...) {...} else {..} 比f(wàn)oo($x) { include $x; } 肯定更常見(jiàn)。這為性能提高提供了機(jī)會(huì)。HipHop生成的代碼盡可能地使用函數(shù)和變量的靜態(tài)綁定。同時(shí)，還使用類型推演來(lái)選出變量最可能對(duì)應(yīng)的某個(gè)類型，從而節(jié)省內(nèi)存。轉(zhuǎn)換過(guò)程分三步：
1. 靜態(tài)分析。收集聲明關(guān)系和依賴關(guān)系等信息。
2. 類型推演。選擇最合適的類型，是C++的標(biāo)量？還是String, Array, classes, Object或者Variant。
3. 代碼生成。大部分直接將PHP語(yǔ)句和表達(dá)式對(duì)應(yīng)為C++的語(yǔ)句和表達(dá)式。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，還有一個(gè)副產(chǎn)品：HPHPi，是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的解釋器。通過(guò)它，不編譯PHP源代碼也可以運(yùn)行。它已經(jīng)用于HipHop自身的調(diào)試中。HipHop在保持了PHP優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也兼得了C++的性能優(yōu)勢(shì)。項(xiàng)目總共有30萬(wàn)行代碼，5000多個(gè)單元測(cè)試。所有這些都將以PHP開(kāi)源許可證形式發(fā)布到GitHub。
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