PHP OPcache 理论层

伴随着PHP官方对OPcache的不断优化，使得OPcache已成为提成PHP效率的重要工具。咱们这边文章就详细说说它的实现原理。

代码执行流程

传统执行流程（无 OPcache）

PHP 源代码 (source code)
    ↓
词法分析 (Lexical Analysis)
    ↓
语法分析 (Syntax Analysis / Parsing)
    ↓
生成 AST (Abstract Syntax Tree)
    ↓
编译为操作码 (Opcode)
    ↓
执行操作码 (Execution)
    ↓
输出结果

详细说明：

词法分析（Lexical Analysis）

将源代码字符串分解为标记（tokens）
例如：$a = 1 + 2; → [$a, =, 1, +, 2, ;

语法分析（Parsing）

根据 PHP 语法规则构建抽象语法树（AST）
检查语法错误

编译为操作码（Opcode Compilation）

将 AST 转换为操作码（字节码）
操作码是 PHP 虚拟机的指令

执行操作码（Execution）

Zend 虚拟机执行操作码
产生最终结果

问题：每次请求都要重复执行步骤 1-3，造成性能损耗。

使用 OPcache 后的执行流程

第一次请求：
PHP 源代码
    ↓
词法分析 + 语法分析 + 编译
    ↓
生成操作码
    ↓
【缓存到共享内存】
    ↓
执行操作码
    ↓
输出结果

后续请求：
PHP 源代码
    ↓
【从共享内存读取操作码】← 跳过编译步骤
    ↓
执行操作码
    ↓
输出结果

优势：后续请求直接使用缓存的操作码，跳过编译步骤，大幅提升性能。

核心概念

操作码（Opcode）

操作码是 PHP 虚拟机（Zend VM）的指令，类似于 Java 的字节码。

// PHP 源代码
$a = 1 + 2;
echo $a;

// 对应的操作码-简化
ASSIGN $a, 1
ADD $a, 2
ECHO $a

// 实际 Zend 操作码（更复杂）
ZEND_ASSIGN
ZEND_ADD
ZEND_ECHO

共享内存（Shared Memory）

OPcache 使用共享内存存储编译后的操作码，多个 PHP 进程可以共享同一份缓存。

内存类型：
* System V 共享内存（Linux）
* mmap 内存映射（跨平台）
* Windows 共享内存（Windows）

优势：
* 多个 PHP-FPM 进程共享同一份缓存
* 减少内存占用
* 提高缓存命中率

缓存键（Cache Key）

每个 PHP 文件对应一个缓存键，基于文件路径生成。

键生成规则：
// 伪代码
$cache_key = hash('sha256', realpath($file_path));

共享内存中的哈希表：
[
    'file_path_hash' => {
        'opcodes': [...],      // 编译后的操作码
        'timestamp': 1234567,  // 文件修改时间
        'checksum': 'abc123',  // 文件校验和
        'memory_size': 1024,   // 占用内存大小
    },
    ...
]

OPcache 工作流程

初始化阶段-PHP 启动

1. 加载 OPcache 扩展
2. 分配共享内存（根据 opcache.memory_consumption）
3. 初始化哈希表结构
4. 加载预加载脚本（如果配置了 opcache.preload）

请求处理流程

用户请求
    ↓
PHP-FPM 进程接收请求
    ↓
include/require PHP 文件
    ↓
OPcache 拦截文件加载
    ↓
计算文件路径的哈希键
    ↓
在共享内存中查找缓存
    ↓
┌─────────────────┬─────────────────┐
│   缓存命中      │   缓存未命中    │
│   (Hit)         │   (Miss)        │
└─────────────────┴─────────────────┘
        ↓                   ↓
   读取操作码          编译 PHP 文件
        ↓                   ↓
   验证时间戳          生成操作码
   (如果启用)              ↓
        ↓             存储到共享内存
   执行操作码              ↓
        ↓             执行操作码
    返回结果              ↓
                      返回结果

内存回收机制

情况 1：文件更新
1. 检测到文件修改时间变化
2. 标记旧缓存条目为无效
3. 释放旧操作码占用的内存
4. 新请求时重新编译并缓存

情况 2：缓存过期
1. 检查 max_life_time
2. 清理过期的缓存条目
3. 回收内存空间

情况 3：内存不足
1. 检查可用内存
2. 清理最少使用的缓存（LRU）
3. 或返回缓存已满错误

字符串驻留（Interned Strings）

原理：

PHP 中相同的字符串字面量只存储一份
多个变量引用同一个字符串对象
减少内存占用

// 源代码
$a = "hello";
$b = "hello";
$c = "hello";

// 无字符串驻留：3 个字符串对象，占用 3 份内存
// 有字符串驻留：1 个字符串对象，3 个引用，占用 1 份内存

// OPcache 中的实现
// 伪代码
interned_strings_pool = {
    "hello" => string_object_1,
    "world" => string_object_2,
    ...
};

// 所有相同的字符串共享同一个对象

配置：

opcache.interned_strings_buffer=16  ; 字符串缓存池大小（MB）

预加载（Preloading）

原理：

PHP 启动时（而非请求时）加载和编译文件
将操作码直接加载到共享内存
避免首次请求的编译开销

PHP 启动
    ↓
加载 opcache.preload 脚本
    ↓
执行 preload.php
    ↓
调用 opcache_compile_file()
    ↓
编译文件并存储到共享内存
    ↓
PHP 就绪，等待请求

OPcache 与 JIT 的协作

PHP 源代码
    ↓
OPcache 编译为操作码
    ↓
【操作码缓存到共享内存】
    ↓
请求时从缓存读取操作码
    ↓
JIT 编译器（如果启用）
    ↓
编译为机器码
    ↓
执行机器码

关系：
* OPcache：缓存操作码，避免重复编译 PHP 代码
* JIT：将操作码编译为机器码，提升执行速度
* 协作：OPcache 为 JIT 提供稳定的操作码输入

配置示例：
; OPcache 配置
opcache.enable=1
opcache.memory_consumption=256

; JIT 配置（PHP 8.0+）
opcache.jit_buffer_size=256M
opcache.jit=tracing