PHP `Xhprof` / `Tideways` `Callgraph` 可视化与瓶颈分析

各位朋友，大家好！我是今天的主讲人，很高兴和大家一起聊聊PHP性能优化的利器：Xhprof/Tideways，以及如何通过它们生成的Callgraph来揪出代码中的“猪队友”，也就是性能瓶颈。

第一部分：Xhprof/Tideways：性能侦探二人组

首先，我们要认识一下今天的主角：Xhprof和Tideways。

• Xhprof：老牌侦探，身手敏捷

  Xhprof是Facebook开源的一款轻量级的PHP性能分析工具。它通过采样的方式，记录PHP函数的调用关系、执行时间、内存使用情况等，然后生成报告供我们分析。虽然Xhprof已经有些年头了，但依然是很多老项目性能优化的首选。

• Tideways：后起之秀，功能强大

  Tideways算是Xhprof的升级版，修复了一些Xhprof的bug，并且增加了一些新的特性，比如更友好的Web界面，更好的性能分析报告等。Tideways也提供了SaaS服务，可以更方便地管理和分析性能数据。

简单来说，Xhprof是老当益壮，Tideways是青出于蓝。大家可以根据自己的项目情况选择合适的工具。

第二部分：安装与配置：让侦探开始工作

接下来，我们要让这两位“侦探”开始工作，也就是安装和配置。

• Xhprof安装（以Ubuntu为例）

  sudo apt-get update
  sudo apt-get install php-xhprof

  安装完成后，需要在 php.ini 中启用 Xhprof 扩展：

  extension=xhprof.so

  重启 PHP-FPM：

  sudo service php7.4-fpm restart # 替换成你的 PHP 版本

  （不同操作系统和PHP版本，安装方式略有不同，请自行查阅相关资料。）

• Tideways安装（以Ubuntu为例）

  Tideways推荐使用他们的PECL扩展安装方式：

  sudo apt-get update
  sudo apt-get install php-dev php-pear
  sudo pecl install tideways_xhprof

  同样需要在 php.ini 中启用 Tideways 扩展：

  extension=tideways_xhprof.so

  重启 PHP-FPM：

  sudo service php7.4-fpm restart # 替换成你的 PHP 版本

  Tideways还需要注册一个账号，获取API key，然后在PHP代码中配置：

  <?php
  // 假设你已经安装了 Composer
  require_once 'vendor/autoload.php';
  
  TidewaysProfiler::start(array(
      'api_key' => 'YOUR_TIDEWAYS_API_KEY'
  ));
  
  // Your code here
  
  TidewaysProfiler::stop();

  将 YOUR_TIDEWAYS_API_KEY 替换成你自己的API key。

第三部分：代码埋点：留下性能痕迹

安装配置完成后，我们需要在代码中埋点，告诉Xhprof/Tideways哪些代码需要进行性能分析。

• Xhprof埋点

  <?php
  xhprof_enable(XHPROF_FLAGS_CPU + XHPROF_FLAGS_MEMORY); // 启用 Xhprof
  
  // Your code here
  
  $xhprof_data = xhprof_disable(); // 停止 Xhprof
  
  // 保存 Xhprof 数据
  include_once "/usr/share/php/xhprof_lib/utils/xhprof_lib.php";
  include_once "/usr/share/php/xhprof_lib/utils/xhprof_runs.php";
  
  $xhprof_runs = new XHProfRuns_Default();
  $run_id = $xhprof_runs->save_run($xhprof_data, "my_application");
  
  echo "<a href='http://yourdomain.com/xhprof/xhprof_html/index.php?run=$run_id&source=my_application'>View XHProf report</a>";

  这里需要注意几个地方：

  1. XHPROF_FLAGS_CPU 和 XHPROF_FLAGS_MEMORY 分别表示记录CPU时间和内存使用情况。
  2. /usr/share/php/xhprof_lib/ 是 Xhprof 的库文件路径，需要根据你的实际情况修改。
  3. http://yourdomain.com/xhprof/xhprof_html/index.php 是 Xhprof 的 Web 界面地址，也需要根据你的实际情况修改。你可能需要自己搭建这个Web界面，可以参考Xhprof的官方文档。

• Tideways埋点

  Tideways的埋点方式更加简单，只需要在代码的开始和结束位置调用 TidewaysProfiler::start() 和 TidewaysProfiler::stop() 即可。

  <?php
  require_once 'vendor/autoload.php';
  
  TidewaysProfiler::start(array(
      'api_key' => 'YOUR_TIDEWAYS_API_KEY'
  ));
  
  // Your code here
  
  TidewaysProfiler::stop();

第四部分：Callgraph解读：揪出代码中的“猪队友”

当Xhprof/Tideways收集到性能数据后，我们就可以通过Callgraph来分析代码的性能瓶颈了。

• 什么是Callgraph？

  Callgraph，顾名思义，就是函数调用图。它以图形化的方式展示了PHP函数之间的调用关系，以及每个函数的执行时间、内存使用情况等。通过Callgraph，我们可以清晰地看到哪些函数被调用了，哪些函数的执行时间最长，从而找到性能瓶颈。

• 如何解读Callgraph？

  Callgraph通常以节点和边的形式呈现。

  • 节点： 代表一个PHP函数。节点的大小通常表示函数的执行时间，节点越大，表示函数执行时间越长。
  • 边： 代表函数之间的调用关系。边的粗细通常表示函数调用的次数，边越粗，表示函数调用次数越多。

  通过观察Callgraph，我们可以重点关注以下几个方面：

  1. 最长的路径： Callgraph中最长的路径通常表示代码执行的关键路径，这条路径上的函数执行时间对整体性能影响最大。
  2. 最大的节点： Callgraph中最大的节点表示执行时间最长的函数，这些函数可能是性能瓶颈。
  3. 调用次数最多的函数： Callgraph中调用次数最多的函数可能存在性能问题，比如循环调用了某个耗时操作。
  4. 孤立的节点： Callgraph中孤立的节点表示没有被其他函数调用的函数，这些函数可能是不需要的代码，可以考虑删除。

• 案例分析：

  假设我们有一个简单的PHP程序，用于生成斐波那契数列：

  <?php
  function fibonacci($n) {
      if ($n <= 1) {
          return $n;
      } else {
          return fibonacci($n - 1) + fibonacci($n - 2);
      }
  }
  
  // 启用 Xhprof/Tideways
  TidewaysProfiler::start(array(
      'api_key' => 'YOUR_TIDEWAYS_API_KEY'
  ));
  
  $result = fibonacci(20);
  
  TidewaysProfiler::stop();
  
  echo "Fibonacci(20) = " . $result . "n";

  运行这段代码后，我们可以得到一个Callgraph。通过观察Callgraph，我们可以发现 fibonacci() 函数被调用了非常多次，而且 fibonacci() 函数本身的执行时间也很长。这说明 fibonacci() 函数是性能瓶颈。

  为了优化这段代码，我们可以使用缓存来避免重复计算：

  <?php
  $cache = array();
  
  function fibonacci($n) {
      global $cache;
  
      if (isset($cache[$n])) {
          return $cache[$n];
      }
  
      if ($n <= 1) {
          return $n;
      } else {
          $cache[$n] = fibonacci($n - 1) + fibonacci($n - 2);
          return $cache[$n];
      }
  }
  
  // 启用 Xhprof/Tideways
  TidewaysProfiler::start(array(
      'api_key' => 'YOUR_TIDEWAYS_API_KEY'
  ));
  
  $result = fibonacci(20);
  
  TidewaysProfiler::stop();
  
  echo "Fibonacci(20) = " . $result . "n";

  再次运行这段代码后，我们可以发现 fibonacci() 函数的调用次数大大减少，执行时间也明显缩短。这说明缓存优化起到了很好的效果。

• 常用性能指标

  在分析Callgraph时，我们需要关注一些常用的性能指标：

  指标	含义
  ct	函数被调用的次数 (Call Count)
  wt	函数的总执行时间 (Wall Time)，包括函数自身执行时间和调用其他函数的时间，单位通常是微秒 (μs)
  excl_wt	函数自身的执行时间 (Exclusive Wall Time)，不包括调用其他函数的时间，单位通常是微秒 (μs)
  cpu	函数消耗的CPU时间，单位通常是微秒 (μs)
  excl_cpu	函数自身消耗的CPU时间，不包括调用其他函数的时间，单位通常是微秒 (μs)
  mu	函数使用的总内存，单位通常是字节 (bytes)
  excl_mu	函数自身使用的内存，不包括调用其他函数使用的内存，单位通常是字节 (bytes)
  pmu	函数使用的峰值内存，单位通常是字节 (bytes)
  excl_pmu	函数自身使用的峰值内存，不包括调用其他函数使用的内存，单位通常是字节 (bytes)

  理解这些指标，可以帮助我们更准确地定位性能瓶颈。

第五部分：优化策略：让代码跑得更快

找到了性能瓶颈，接下来就是如何优化了。常见的PHP性能优化策略有很多，这里介绍一些常用的：

1. 缓存： 使用缓存可以避免重复计算，提高响应速度。常见的缓存技术包括：

   • Opcode缓存： 比如OPcache，可以缓存PHP编译后的Opcode，避免每次请求都重新编译PHP代码。
   • 数据缓存： 比如Memcached、Redis，可以缓存数据库查询结果、API响应等。
   • 页面缓存： 可以缓存整个页面，减少服务器压力。

2. 数据库优化： 数据库是Web应用的重要组成部分，数据库性能对整体性能影响很大。常见的数据库优化策略包括：

   • 索引优化： 确保常用的查询字段都有索引。
   • 查询优化： 避免使用 SELECT *，只查询需要的字段。
   • 连接池： 使用连接池可以避免频繁创建和销毁数据库连接。

3. 代码优化： 优化代码可以提高执行效率。常见的代码优化策略包括：

   • 减少循环次数： 尽量减少循环次数，避免在循环中执行耗时操作。
   • 使用更高效的算法： 选择合适的算法可以大大提高代码执行效率。
   • 避免不必要的函数调用： 减少函数调用可以减少额外的开销。

4. 使用性能更好的扩展： PHP有很多扩展，一些扩展的性能比内置函数更好。比如：

   • igbinary： 比 serialize() 更快的序列化/反序列化扩展。
   • msgpack： 另一种高效的序列化/反序列化扩展。

5. 使用PHP 7+： PHP 7+ 相比 PHP 5.x 在性能上有了很大的提升，升级PHP版本是提高性能最简单有效的方法之一。

6. CDN加速： 使用CDN可以将静态资源分发到全球各地的服务器上，提高访问速度。

第六部分：总结：性能优化，永无止境

总而言之，Xhprof/Tideways是PHP性能优化的强大工具，通过它们生成的Callgraph，我们可以快速定位代码中的性能瓶颈。然后，我们可以根据具体的瓶颈，选择合适的优化策略，让代码跑得更快。

性能优化是一个持续的过程，我们需要不断地监控和分析代码的性能，及时发现和解决问题。记住，优化没有银弹，只有不断地学习和实践，才能写出高性能的PHP代码。

希望今天的分享对大家有所帮助！感谢大家！