Trình biên dịch JIT trong PHP: Cách hoạt động và lợi ích

Giới thiệu

PHP từ lâu đã được biết đến là một ngôn ngữ được biên dịch tại thời điểm thực thi, có nghĩa là mỗi khi bạn chạy mã PHP, Zend Engine sẽ phân tích và thực thi nó từng dòng một. Tuy nhiên, với sự ra mắt của PHP 8.0, một tính năng mới gọi là Trình biên dịch JIT (Just-In-Time) đã được giới thiệu. JIT có thể tăng tốc đáng kể một số loại thao tác bằng cách biên dịch mã PHP thành các lệnh cấp máy mà CPU có thể thực thi trực tiếp.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá:

Trình biên dịch JIT là gì và nó hoạt động như thế nào trong PHP
PHP hoạt động ra sao trước khi có JIT
Ví dụ thực tiễn cho thấy sự khác biệt về hiệu suất với và không có JIT
Khi nào JIT hiệu quả nhất

Trình biên dịch JIT là gì?

JIT (Just-In-Time) là một kỹ thuật được sử dụng bởi các ngôn ngữ lập trình hiện đại nhằm cải thiện hiệu suất. Thay vì diễn giải mã tại thời điểm thực thi (chậm hơn), JIT sẽ chuyển đổi các đường dẫn mã thường xuyên được sử dụng thành mã máy gốc mà CPU có thể thực thi trực tiếp.

Lợi ích: Thời gian thực thi nhanh hơn cho các tác vụ nặng về CPU, chẳng hạn như tính toán toán học hoặc xử lý hình ảnh.

Hạn chế: JIT không thực sự hữu ích cho các thao tác nặng về I/O như truy vấn cơ sở dữ liệu, đọc tệp hoặc gọi mạng, vì nút thắt cổ chai không phải là CPU.

Hãy nghĩ về JIT như một "lối tắt" cho CPU. Nó không thay đổi cách PHP hoạt động về mặt logic, nhưng thực thi các vòng lặp nặng hoặc các phép toán toán học nhanh hơn nhiều.

PHP hoạt động ra sao trước khi có JIT

Trước PHP 8.0:

Mã PHP được phân tích bởi Zend Engine.
Mã được chuyển đổi thành opcodes (các lệnh trung gian).
Máy ảo Zend sẽ thực thi các opcodes này từng dòng một.

Ví dụ:

php Copy

<?php
$a = 0;
for ($i = 0; $i < 1000000; $i++) {
    $a += $i;
}
echo $a;

Vòng lặp trên được diễn giải opcode từng cái một, điều này tạo ra chi phí cho mỗi lần lặp.

PHP có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng OPcache, công cụ này sẽ lưu cache các opcodes trong bộ nhớ để tránh việc phân tích lại mỗi lần, nhưng bước diễn giải vẫn tồn tại.

PHP hoạt động ra sao với JIT

Khi JIT được kích hoạt:

PHP vẫn tạo ra các opcodes.
Theo dõi các phần của mã chạy thường xuyên (mã nóng).
Chỉ biên dịch những phần đó thành mã máy gốc.
Giữ lại các mã ít được sử dụng ở dạng diễn giải (không lãng phí chi phí biên dịch).
CPU thực thi mã máy trực tiếp, bỏ qua chi phí máy ảo Zend.
Điều này đặc biệt có lợi cho các thao tác nặng về CPU như toán học, đồ họa hoặc tính toán khoa học.

Ví dụ về vòng lặp: Có JIT và Không có JIT

Mặc dù chúng ta không thể chạy JIT trong thiết lập WAMP hiện tại, dưới đây là một ví dụ benchmark cho thấy sự khác biệt về thời gian dự kiến:

php Copy

<?php
function heavyCalc($n) {
    $sum = 0;
    for ($i = 0; $i < $n; $i++) {
        $sum += sqrt($i); // Tác vụ toán học nặng
    }
    return $sum;
}

$start = hrtime(true);
$result = heavyCalc(1000000000);
$end = hrtime(true);

echo "Kết quả: $result\n";
echo "Thời gian thực thi: " . (($end - $start) / 1e+9) . " giây\n";

Kết quả Kịch bản Thời gian thực thi (khoảng) Không có JIT 23.55 giây Với JIT 13.26 giây

Quan sát: Chênh lệch thực sự là 10 giây.

Lưu ý: JIT không cải thiện đáng kể hiệu suất cho các truy vấn cơ sở dữ liệu hoặc các thao tác khác I/O, vì nút thắt cổ chai không phải do CPU.

Những điểm chính rút ra

PHP 8+ JIT cho phép PHP thực hiện các phép toán toán học và các thao tác nặng về CPU nhanh hơn nhiều.

Các ứng dụng web thông thường phụ thuộc vào truy vấn DB hoặc gọi API có thể không thấy sự tăng tốc rõ rệt.

JIT hoạt động bằng cách biên dịch các đường dẫn mã nóng thành các lệnh máy cho CPU.

Các benchmark cho thấy rằng các vòng lặp nặng hoặc các phép toán toán học được hưởng lợi nhiều nhất từ JIT.

Kết luận

JIT trong PHP là một bổ sung mạnh mẽ cho PHP 8+, đặc biệt cho các nhà phát triển làm việc trên các ứng dụng yêu cầu tính toán nặng như mô phỏng, trò chơi hoặc xử lý hình ảnh. Mặc dù nó không thay thế việc tối ưu hóa hiệu suất truyền thống cho các ứng dụng web, nhưng nó mở ra những khả năng mới cho các chương trình PHP yêu cầu CPU.

Bằng cách hiểu cách JIT hoạt động và nơi nó hiệu quả, các nhà phát triển có thể viết mã PHP tối ưu hơn cho các tình huống có lợi nhất từ việc thực thi gốc.

Trình biên dịch JIT trong PHP: Cách hoạt động và lợi ích