Optymalizacja skryptów PHP

Autor: Tomasz Jędrzejewski
Data publikacji: 29.12.2002, 15:08 | Ostatnia modyfikacja: 19.09.2006, 14:54

Umiejętność programowania to nie tylko wiedza o tym, że w danym języku jest to a to, że zawiera takie, a takie funkcje. Umiejętność programowania to umiejętność wykorzystywania możliwości języka do tworzenia algorytmów oraz wiedza, jak wszystko zoptymalizować, by działało z przyzwoitą prędkością.

Problem optymalizacji został dostrzeżony jeszcze przed stworzeniem pierwszych komputerów. Ówcześni matematycy, zajmujący się problematyką obliczalności różnych dziwnych rzeczy, stworzyli wtedy podstawy algorytmiki. Kiedy ludzkość miała wreszcie do swej dyspozycji jakieś maszyny liczące, były one znacznie wolniejsze od dzisiejszych kalkulatorów kieszonkowych. Problem znalezienia jak najszybszego algorytmu rozwiązującego konkretne zadanie był miał wtedy najwyższy priorytet.

Choć dzisiaj komputery są nieporównywalnie szybsze, niż 70 lat temu, choć potrafią symulować efekty detonacji bomby atomowej, optymalizacja ani trochę nie straciła na znaczeniu. Okazuje się bowiem, że tak naprawdę wydajność komputera jest jedynie dodatkiem, a prawdziwe zmartwienie stanowi tzw. złożoność obliczeniowa algorytmów. Nie wdając się w rozwlekłe szczegóły, pragnę pokazać to na prostym przykładzie: weźmy sobie trzy algorytmy sortowania: Bubble Sort, Selection Sort oraz Quick Sort. Wszystkie one dają poprawne rezultaty, ale na co dzień wykorzystuje się tylko trzeci z nich. Dlaczego? Okazuje się, że pierwsze dwa mają średnią złożoność rzędu O(n^2), co oznacza, że wraz ze wzrostem ilości danych (n), czas wykonywania rośnie kwadratowo. Tymczasem dla Quick Sort wynosi ona O(n log n) - czas wzrasta tutaj tylko logarytmicznie, czyli niesamowicie wolno, zwłaszcza dla dużych wartości n. Wydaje Ci się, że głoszę herezje, podważając sens prac nad nowymi procesorami i kierując się w stronę matematyki? Nic bardziej mylnego! Swego czasu przeprowadziłem prosty eksperyment: dałem każdemu z tych algorytmów do posortowania listę 100 000 liczb; komputer wyposażony był w procesor AMD Sempron 2200+. Quick Sort dał poprawny wynik już po trzech sekundach, Selection Sort po upływie półtorej minuty, a w przypadku Bubble Sort czas ten wynosił jakieś siedem minut. Zwróć uwagę: ten sam sprzęt, inne algorytmy, a jaka różnica w wynikach!

Przenieśmy to teraz na grunt PHP. Wprawdzie mało który skrypt zajmuje się rozwiązywaniem skomplikowanych problemów decyzyjnych, lecz z drugiej strony przez takie piekło przechodzi sam interpreter. Musimy uświadomić sobie, że byle odwołanie do zmiennej uruchamia cały skomplikowany mechanizm przeszukiwania listy zmiennych globalnych, lokalnych itd. tylko po to, aby pobrać wartość. Musimy wiedzieć, że utworzenie nowej zmiennej wymaga, aby systemy zarządzania pamięcią przydzieliły jej trochę, co również nie jest takie proste. Umiejętnie pisząc skrypty, poznając sztuczki i triki, jesteśmy w stanie wycisnąć więcej z serwera WWW. Jak miło jest wszak zobaczyć, że nasza witryna bez trudu radzi sobie z liczbą 10 000 odwiedzin dziennie, a kolegi ledwo dyszy już przy tysiącu, a on sam żali się, że musi kupić szybsze maszyny :). W myśl powyższego wprowadzenia pamiętaj, im więcej zainwestujesz w optymalizacje swego skryptu, tym mniej i rzadziej wydasz później na rozbudowę serwera, aby mógł przyjąć nowy ruch.

Potrzebne oprogramowanie

Aby rozpocząć optymalizację skryptów PHP, warto zaopatrzyć się w kilka przydatnych narzędzi. Pierwszym z nich będzie aplikacja do profilowania kodu. Dzięki niej poznasz czas wykonywania poszczególnych fragmentów skryptu z dokładnością do tysięcznych części sekundy. Można wprawdzie korzystać tutaj z usług samego PHP, lecz musimy być świadomi, iż nasz pomiar będzie odrobinę niedokładny z powodu wliczenia doń także czasu wykonywania samych funkcji liczących czas. Innym rozwiązaniem jest instalacja specjalnego, darmowego modułu XDebug. Pierwsze jego wersje zostały opracowane jeszcze dla PHP 4, lecz najnowsze wydania obsługują również PHP 5. W przypadku systemu Windows instalacja jest dziecinnie prosta. Ściągamy ze strony projektu odpowiedni DLL i umieszczamy go w katalogu /php5/ext. Później otwieramy plik php.ini, dopisujemy w sekcji extensions linijkę: