PHP的性能回归测试：利用phpbench构建基准测试套件集成到CI/CD流程 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，我们开始。

PHP性能回归测试：利用phpbench构建基准测试套件集成到CI/CD流程

大家好！今天我们要探讨的是如何利用PHPBench构建PHP项目的性能回归测试套件，并将其集成到CI/CD流程中，从而确保代码变更不会引入性能下降。这是一项至关重要的实践，尤其是在高流量、对性能敏感的应用中。

1. 性能回归测试的重要性

在软件开发过程中，我们经常需要修改代码、添加新功能或修复Bug。然而，这些看似无害的改动有时可能会对应用的性能产生意想不到的负面影响，也就是所谓的“性能回归”。

性能回归测试旨在通过自动化地运行基准测试，来检测代码变更是否导致性能下降。这种测试有助于及早发现和修复性能问题，防止它们影响生产环境。

以下是一些性能回归测试的重要性体现：

及早发现问题: 在代码合并到主干之前发现性能问题，避免影响整个项目。
持续性能监控: 通过持续集成，可以定期监控代码的性能，确保其稳定。
优化代码决策: 为代码优化提供数据支持，帮助开发人员做出更明智的决策。
降低风险: 降低因性能问题导致的生产环境故障的风险。

2. PHPBench简介

PHPBench是一个专门用于PHP代码基准测试的工具。它提供了一套简单易用的API，可以用来编写和运行各种类型的性能测试。

与传统的单元测试不同，PHPBench主要关注代码的执行时间、内存使用量和吞吐量等性能指标。它能够帮助我们精确地评估代码的性能，并找出潜在的瓶颈。

PHPBench的一些关键特性：

易于使用: 提供了简单的注解驱动的API，方便编写测试用例。
精确的测量: 使用微秒级的时间测量，提供准确的性能数据。
可配置性: 可以配置测试的运行次数、并发数、迭代次数等参数。
报告生成: 可以生成各种格式的报告，包括文本、HTML和JSON。
集成性: 易于集成到CI/CD流程中。

3. 安装PHPBench

使用Composer安装PHPBench非常简单：

composer require --dev phpbench/phpbench

安装完成后，你可以在vendor/bin/phpbench找到PHPBench的可执行文件。

4. 编写基准测试

PHPBench使用注解来定义基准测试。一个典型的基准测试类如下所示：

<?php

namespace AppBench;

use PhpBenchAttributesIterations;
use PhpBenchAttributesRevs;
use PhpBenchAttributesWarmup;

class StringBench
{
    /**
     * @Revs(1000)
     * @Iterations(5)
     * @Warmup(2)
     */
    public function benchStrlen(): void
    {
        strlen('hello world');
    }

    /**
     * @Revs(1000)
     * @Iterations(5)
     * @Warmup(2)
     */
    public function benchSubstr(): void
    {
        substr('hello world', 0, 5);
    }
}

@Revs(1000): 指定每个迭代运行的次数。在这个例子中，每个迭代strlen和substr函数会运行1000次。
@Iterations(5): 指定运行多少个迭代。在这个例子中，每个函数会运行5个迭代。
@Warmup(2): 指定预热迭代的次数。预热迭代用于消除首次运行带来的性能影响。

让我们分解这些注解的含义：

@Revs (Revolutions): 这个注解控制着测试方法内部的代码块将被执行的次数。它的目标是减少由于单次执行的偶然性误差，通过多次重复取平均值，提供更稳定的性能测量结果。 Revs 越高，测试结果的稳定性越高，但测试时间也会相应增加。
@Iterations: 这个注解定义了整个基准测试的重复次数。每次迭代都会重新初始化测试环境，这意味着在每次迭代之间，变量会被重置，对象会被重新创建。多个 Iterations 可以帮助我们评估在不同运行环境下，代码性能的稳定性。
@Warmup: 在正式的性能测试之前，Warmup 注解允许我们先运行若干次测试，以便让PHP运行时环境（例如JIT编译器）对代码进行优化。这样做可以避免首次运行时的性能开销影响到最终的测试结果，从而得到更准确的性能数据。

基准测试的命名约定

PHPBench遵循一定的命名约定来识别基准测试类和方法：

基准测试类必须位于Bench命名空间下 (或者通过配置文件指定)。
基准测试方法必须以bench开头。

更复杂的例子：数据提供器

可以使用数据提供器来测试不同的输入对性能的影响。

<?php

namespace AppBench;

use PhpBenchAttributesParamProviders;
use PhpBenchAttributesRevs;

class ArrayBench
{
    /**
     * @Revs(1000)
     * @ParamProviders({"provideArraySizes"})
     */
    public function benchArrayPush(array $array): void
    {
        array_push($array, 'value');
    }

    public function provideArraySizes(): array
    {
        return [
            [ 'array' => [] ],
            [ 'array' => array_fill(0, 100, 'value') ],
            [ 'array' => array_fill(0, 1000, 'value') ],
        ];
    }
}

在这个例子中，provideArraySizes方法提供了不同的数组大小作为输入。 PHPBench会针对每种数组大小运行benchArrayPush方法。

5. 运行基准测试

使用以下命令运行基准测试：

vendor/bin/phpbench run

默认情况下，PHPBench会扫描当前目录下的Bench命名空间下的所有基准测试类。你也可以指定特定的类或方法：

vendor/bin/phpbench run AppBenchStringBench
vendor/bin/phpbench run AppBenchStringBench::benchStrlen

PHPBench会输出详细的测试结果，包括每个方法的平均执行时间、标准差、内存使用量等。

6. 配置PHPBench

PHPBench可以通过phpbench.json或phpbench.xml文件进行配置。一些常用的配置选项包括：

runner.path: 指定基准测试类的路径。
runner.bootstrap: 指定一个PHP文件，在运行测试之前执行。
reports: 配置报告的格式和输出路径。
extensions: 启用或禁用扩展。

一个phpbench.json的例子：

{
  "runner.path": "src",
  "runner.bootstrap": "vendor/autoload.php",
  "reports": {
    "default": {
      "title": "My Project Performance Report",
      "description": "Performance benchmarks for my project",
      "output": "phpbench_report.html",
      "format": "html"
    }
  }
}

7. 集成到CI/CD流程

将PHPBench集成到CI/CD流程中，可以实现自动化的性能回归测试。以下是一些常见的集成步骤：

在CI/CD配置中添加一个步骤，用于运行PHPBench。

例如，在使用GitLab CI时，可以在.gitlab-ci.yml文件中添加以下配置：

performance:
  image: php:8.1-cli
  stage: test
  before_script:
    - apt-get update -yq
    - apt-get install -yq zip unzip
    - curl -sS https://getcomposer.org/installer | php -- --install-dir=/usr/local/bin --filename=composer
    - composer install --no-interaction --prefer-dist --optimize-autoloader
  script:
    - vendor/bin/phpbench run
  artifacts:
    paths:
      - phpbench_report.html
    expire_in: 1 week

配置PHPBench生成报告，并将报告保存为CI/CD的artifact。

在上一步的配置中，我们将PHPBench的HTML报告保存为artifact，以便在CI/CD流程中查看。
设置性能基线。

在第一次运行PHPBench时，将测试结果作为性能基线。在后续的运行中，将新的测试结果与基线进行比较。
设置性能阈值。

设置一个性能阈值，当新的测试结果超过阈值时，CI/CD流程应该失败。这可以防止性能下降的代码被合并到主干。

要设置性能阈值，可以使用PHPBench的--assert选项。例如，以下命令会在benchStrlen方法的平均执行时间超过10微秒时失败：
```
vendor/bin/phpbench run --assert="mode(variant.time.avg) < 10us"
```
可以将此命令添加到CI/CD脚本中，以实现自动化的性能阈值检查。

8. 使用baseline进行性能对比

PHPBench支持baseline的概念，允许你将当前的测试结果与之前的测试结果进行比较，从而检测性能回归。

保存baseline:

vendor/bin/phpbench run --store=baseline.json

与baseline进行比较:
```
vendor/bin/phpbench run --report=default --baseline=baseline.json
```
PHPBench会生成一个包含性能对比结果的报告。
集成到CI/CD:

在CI/CD流程中，你可以将baseline存储在Git仓库中，并在每次运行测试时与最新的代码进行比较。

9. 实战案例：优化数据库查询

假设我们有一个User模型，其中包含一个getUsers方法，用于从数据库中获取用户列表。原始的getUsers方法如下所示：

<?php

namespace AppModel;

use PDO;

class User
{
    private $pdo;

    public function __construct(PDO $pdo)
    {
        $this->pdo = $pdo;
    }

    public function getUsers(): array
    {
        $stmt = $this->pdo->prepare("SELECT * FROM users");
        $stmt->execute();
        return $stmt->fetchAll(PDO::FETCH_ASSOC);
    }
}

我们可以使用PHPBench来测试这个方法的性能。首先，创建一个基准测试类：

<?php

namespace AppBench;

use AppModelUser;
use PDO;
use PhpBenchAttributesBeforeClassMethods;
use PhpBenchAttributesIterations;
use PhpBenchAttributesRevs;

class UserBench
{
    private static $pdo;

    /**
     * @BeforeClassMethods({"setUpDatabase"})
     */
    public static function setUpDatabase(): void
    {
        self::$pdo = new PDO('sqlite::memory:');
        self::$pdo->setAttribute(PDO::ATTR_ERRMODE, PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
        self::$pdo->exec("CREATE TABLE users (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, name VARCHAR(255))");
        for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
            self::$pdo->exec("INSERT INTO users (name) VALUES ('User $i')");
        }
    }

    private User $userModel;

    public function __construct()
    {
        $this->userModel = new User(self::$pdo);
    }

    /**
     * @Revs(100)
     * @Iterations(5)
     */
    public function benchGetUsers(): void
    {
        $this->userModel->getUsers();
    }
}

在这个例子中，我们使用@BeforeClassMethods注解来创建一个内存数据库，并插入1000条用户数据。然后，我们使用benchGetUsers方法来测试getUsers方法的性能。

运行基准测试后，我们可以得到原始getUsers方法的平均执行时间。

接下来，我们可以对getUsers方法进行优化，例如，使用LIMIT语句来限制返回的用户数量：

<?php

namespace AppModel;

use PDO;

class User
{
    private $pdo;

    public function __construct(PDO $pdo)
    {
        $this->pdo = $pdo;
    }

    public function getUsers(int $limit = 100): array
    {
        $stmt = $this->pdo->prepare("SELECT * FROM users LIMIT :limit");
        $stmt->bindValue(':limit', $limit, PDO::PARAM_INT);
        $stmt->execute();
        return $stmt->fetchAll(PDO::FETCH_ASSOC);
    }
}

修改基准测试类，添加一个使用LIMIT语句的测试方法：

<?php

namespace AppBench;

use AppModelUser;
use PDO;
use PhpBenchAttributesBeforeClassMethods;
use PhpBenchAttributesIterations;
use PhpBenchAttributesRevs;

class UserBench
{
    private static $pdo;

    /**
     * @BeforeClassMethods({"setUpDatabase"})
     */
    public static function setUpDatabase(): void
    {
        self::$pdo = new PDO('sqlite::memory:');
        self::$pdo->setAttribute(PDO::ATTR_ERRMODE, PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
        self::$pdo->exec("CREATE TABLE users (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, name VARCHAR(255))");
        for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {
            self::$pdo->exec("INSERT INTO users (name) VALUES ('User $i')");
        }
    }

    private User $userModel;

    public function __construct()
    {
        $this->userModel = new User(self::$pdo);
    }

    /**
     * @Revs(100)
     * @Iterations(5)
     */
    public function benchGetUsers(): void
    {
        $this->userModel->getUsers();
    }

    /**
     * @Revs(100)
     * @Iterations(5)
     */
    public function benchGetUsersWithLimit(): void
    {
        $this->userModel->getUsers(100);
    }
}

再次运行基准测试，我们可以比较原始getUsers方法和优化后的getUsers方法的性能。通过比较，我们可以确认优化是否有效。

10. 注意事项

环境一致性: 确保测试环境与生产环境尽可能一致，包括硬件配置、PHP版本、扩展等。
数据量: 使用足够大的数据量来模拟真实场景。
多次运行: 多次运行测试，并取平均值，以减少偶然因素的影响。
持续监控: 定期运行性能测试，并监控性能趋势。
关注标准差: 除了关注平均执行时间，还要关注标准差，以评估性能的稳定性。
避免外部依赖: 尽量避免在基准测试中依赖外部服务，例如数据库、网络等，以减少干扰。如果必须依赖外部服务，可以使用Mock对象来模拟。
隔离测试: 确保基准测试之间相互隔离，避免相互影响。
代码审查: 在合并代码之前，进行代码审查，以确保代码的性能符合预期。
逐步优化: 不要试图一次性优化所有代码，而是应该逐步优化，并每次都进行性能测试。
使用专业的分析工具: 使用Xdebug等专业的分析工具来找出性能瓶颈。

11. 结语：性能是持续改进的过程

我们学习了如何利用PHPBench构建性能回归测试套件，并将其集成到CI/CD流程中。通过自动化的性能测试，我们可以及早发现和修复性能问题，确保代码变更不会引入性能下降。性能测试并非一次性的任务，而是需要持续进行的过程。只有通过持续的监控和优化，才能保证应用的性能稳定。