Jedną z kluczowych wartości na Facebooku jest szybkie poruszanie się. Przez ostatnie sześć lat byliśmy w stanie wiele osiągnąć dzięki szybkiemu rozwojowi, który oferuje PHP. Jako język programowania PHP jest prosty. Prosty do nauki, prosty do napisania, prosty do odczytania i prosty do debugowania. Jesteśmy w stanie uzyskać nowych inżynierów na Facebooku znacznie szybciej dzięki PHP niż w innych językach, co pozwala nam szybciej wprowadzać innowacje.
Dzisiaj jestem podekscytowany, że mogę podzielić się projektem z niewielkim zespołem niesamowitych ludzi, nad którym pracowałem przez ostatnie dwa lata; HipHop dla PHP. Dzięki HipHop zmniejszyliśmy użycie procesora na naszych serwerach internetowych średnio o około pięćdziesiąt procent, w zależności od strony. Mniej procesora oznacza mniej serwerów, co oznacza mniejsze obciążenie. Ten projekt miał ogromny wpływ na Facebook. Uważamy, że cała sieć może czerpać korzyści z HipHop, dlatego udostępniamy ją dziś jako oprogramowanie typu open source, mając nadzieję, że położy ona nowy nacisk na skalowanie dużych złożonych witryn za pomocą PHP. Chociaż HipHop pokazał nam niesamowite wyniki, z pewnością nie jest kompletny i powinieneś wypróbować oprogramowanie beta przed wypróbowaniem go.
HipHop dla PHP nie jest technicznie kompilatorem. Jest to raczej transformator kodu źródłowego. HipHop programowo przekształca kod źródłowy PHP w wysoce zoptymalizowany C ++, a następnie używa g ++ do jego skompilowania. HipHop wykonuje kod źródłowy w sposób semantycznie równoważny i poświęca niektóre rzadko używane funkcje - takie jak eval () - w zamian za lepszą wydajność. HipHop zawiera transformator kodu, reimplementację systemu wykonawczego PHP i przepisanie wielu popularnych rozszerzeń PHP, aby skorzystać z tych optymalizacji wydajności.
Skalowanie PHP jako języka skryptowego
Korzenie PHP wywodzą się z języka skryptowego, takiego jak Perl, Python i Ruby, z których wszystkie mają duże zalety pod względem produktywności programisty i możliwości szybkiego iterowania produktów. Jest to porównywane z bardziej tradycyjnymi językami kompilowanymi, takimi jak C ++ i językami interpretowanymi, takimi jak Java. Z drugiej strony wiadomo, że języki skryptowe są ogólnie mniej wydajne, jeśli chodzi o użycie procesora i pamięci. Z tego powodu trudno jest skalować Facebooka do ponad 400 miliardów odsłon stron opartych na PHP każdego miesiąca.
Jednym z powszechnych sposobów rozwiązania tych nieefektywności jest przepisanie bardziej złożonych części aplikacji PHP bezpośrednio w C ++ jako Rozszerzenia PHP. To w znacznej mierze przekształca PHP w język kleju między interfejsem HTML a logiką aplikacji w C ++. Z technicznego punktu widzenia działa to dobrze, ale drastycznie zmniejsza liczbę inżynierów, którzy są w stanie pracować nad całą aplikacją. Nauka C ++ jest tylko pierwszym krokiem do pisania rozszerzeń PHP, drugim jest zrozumienie interfejsów API Zend. Biorąc pod uwagę, że nasz zespół inżynierów jest stosunkowo niewielki - na każdego inżyniera przypada ponad milion użytkowników - nie możemy sobie pozwolić na to, aby niektóre części naszej bazy kodu były mniej dostępne niż inne.
Skalowanie Facebooka jest szczególnie trudne, ponieważ prawie każde wyświetlenie strony jest zalogowanym użytkownikiem z dostosowaną obsługą. Podczas przeglądania strony głównej musimy wyszukać wszystkich znajomych, wyszukać ich najistotniejsze aktualizacje (z niestandardowej usługi, którą zbudowaliśmy o nazwie Multifeed), przefiltrować wyniki na podstawie ustawień prywatności, a następnie wypełnić komentarze komentarzami , zdjęcia, polubienia i wszystkie bogate dane, które ludzie uwielbiają na Facebooku. Wszystko to w niecałą sekundę. HipHop pozwala nam napisać logikę, która wykonuje końcowy zestaw stron w PHP i iterować ją szybko, polegając na niestandardowych usługach zaplecza w C ++, Erlang, Java lub Python do obsługi kanału informacyjnego, wyszukiwania, czatu i innych podstawowych części strony.
Od 2007 roku zastanawialiśmy się nad kilkoma różnymi sposobami rozwiązania tych problemów, a nawet próbowaliśmy wdrożyć kilka z nich. Powszechną sugestią jest przepisanie Facebooka na inny język, ale biorąc pod uwagę złożoność i szybkość rozwoju strony, osiągnięcie tego zajmie trochę czasu. Przeprojektowaliśmy aspekty Zend Engine - wewnętrzne elementy PHP - i wnieśliśmy te poprawki z powrotem do projektu PHP, ale ostatecznie nie widzieliśmy, jaki wzrost wydajności jest potrzebny. Korzyści z HipHop są prawie przezroczyste dla naszej szybkości rozwoju.
Hakowanie HipHop
Pewnej nocy na Hackathonie kilka lat temu (patrz Hack Prime Time) zacząłem swój pierwszy fragment kodu, przekształcając PHP w C ++. Języki są dość podobne pod względem składniowym, a C ++ drastycznie przewyższa PHP, jeśli chodzi zarówno o użycie procesora, jak i pamięci. Nawet sam PHP jest napisany w C. Wiedzieliśmy, że niemożliwe jest ręczne przepisanie całej bazy kodu tego rozmiaru, ale zastanawiałem się, co by się stało, gdybyśmy zbudowali system, aby to zrobić programowo.
Znalezienie nowych sposobów na poprawę wydajności PHP nie jest nową koncepcją. W czasie wykonywania Zend Engine zamienia twoje źródło PHP w kody, które są następnie uruchamiane przez maszynę wirtualną Zend. Projekty typu open source, takie jak APC i eAccelerator, buforują to wyjście i są używane przez większość stron internetowych opartych na PHP. Istnieje również Zend Server, produkt komercyjny, który przyspiesza PHP poprzez optymalizację kodu i buforowanie. Zamiast tego myśleliśmy o przekształceniu źródła PHP bezpośrednio w C ++, które następnie można przekształcić w natywny kod maszynowy. Nawet kompilacja PHP nie jest nowym pomysłem, projekty open source, takie jak Roadsend i phc, kompilują PHP do C, Quercus kompiluje PHP do Java, a Phalanger kompiluje PHP do .Net.
Nie trzeba dodawać, że zajęło to więcej czasu niż singiel Hackathon. Osiem miesięcy później miałem dość kodu, aby wykazać, że naprawdę można szybciej uruchomić skompilowany kod. Szybko dodaliśmy do zespołu Iaina Proctora i Minghui Yang, aby przyspieszyć tempo projektu. Następne dziesięć miesięcy spędziliśmy na skończeniu całego kodowania, a kolejne sześć miesięcy na testach na serwerach produkcyjnych. Z dumą możemy powiedzieć, że w tym momencie obsługujemy ponad 90% naszego ruchu internetowego za pomocą HipHop, a wszystko to tylko sześć miesięcy po wdrożeniu.
Jak działa HipHop
Głównym wyzwaniem projektu było wypełnienie luki między PHP a C ++. PHP to język skryptowy z dynamicznym, słabym pisaniem. C ++ to skompilowany język ze statycznym pisaniem. Podczas gdy PHP pozwala pisać magiczne funkcje dynamiczne, większość PHP jest stosunkowo prosta. Bardziej prawdopodobne jest to, że zobaczysz if (...) {...} else {..}niż zobaczysz
function foo($x) { include $x; }. Tutaj zyskujemy na wydajności. Gdy tylko jest to możliwe, nasz wygenerowany kod używa wiązania statycznego dla funkcji i zmiennych. Używamy również wnioskowania typu, aby wybrać najbardziej szczegółowy typ dla naszych zmiennych, a tym samym zaoszczędzić pamięć.
Proces transformacji obejmuje trzy główne etapy:
- Analiza statyczna, w której zbieramy informacje o tym, kto deklaruje, co i zależności,
- Wnioskowanie o typie, w którym wybieramy najbardziej konkretny typ między skalarami C ++, String, Array, klasami, Object i Variant oraz
- Generowanie kodu, które w przeważającej części jest bezpośrednią korespondencją z instrukcji i wyrażeń PHP na instrukcje i wyrażenia w C ++.
Opracowaliśmy również HPHPi, który jest eksperymentalnym interpretatorem przeznaczonym do programowania. Podczas korzystania z HPHPi nie musisz kompilować kodu źródłowego PHP przed jego uruchomieniem. Pomogło nam to wykryć błędy w samym HipHopie i zapewnia inżynierom sposób korzystania z HipHopa bez zmiany sposobu pisania PHP.
Ogólnie rzecz biorąc, HipHop pozwala nam zachować najlepsze aspekty PHP, jednocześnie korzystając z zalet wydajności C ++. W sumie napisaliśmy ponad 300 000 wierszy kodu i ponad 5000 testów jednostkowych.