Сборник советов и фактов по оптимизации PHP-скриптов

Эту статью давно стоило переписать (слишком много «экономии на спичках»), но руки не доходят. Пускай весит и напоминает о том, как мы глупы в молодости.
Одним из основных критериев успешности любого интернет-ресурса является скорость его работы и с каждым годом пользователи становятся всё более и более требовательными по этому критерию. Оптимизация работы php-скиптов — это один из методов обеспечения скорости работы системы.
В этой статье я бы хотел представить на суд общественности свой сборник советов и фактов по оптимизации скриптов. Сборник собирался мною достаточно долго, основан на нескольких источниках и личных экспериментах.
Почему сборник советов и фактов, а не жестких правил? Потому что, как я убедился, не существует «абсолютно правильной оптимизации». Многие приёмы и правила противоречивы и выполнить их все невозможно. Приходиться выбирать совокупность методов, которыми приемлемо пользоваться без ущерба безопасности и удобности. Я занял рекомендательную позицию и поэтому у меня советы и факты, которые Вы можете соблюдать, а можете и не соблюдать.
Что бы не было путаницы, я разделил все советы и факты на 3 группы:

• Оптимизация на уровне логики и организации приложения
• Оптимизация кода
• Бесполезная оптимизация

Группы выделены условно и некоторые пункты можно отнести сразу к нескольким из них. Цифры приведены для среднестатистического сервера (LAMP). В статье не рассматриваются вопросы связанные с эффективностью различных сторонних технологий и фреймворков, так как это тема отдельных дискуссий.

Оптимизация на уровне логики и организации приложения

Многие из советов и фактов, относящихся к данной группе оптимизации, являются весьма значимыми и дают весьма большой выигрыш во времени.

• Постоянно профилируйте свой код на сервере (xdebug) и на клиенте (firebug), что бы выявить узкие места кода
  Следует отметить, что профилировать надо и серверную, и клиентскую часть, так как не все серверные ошибки можно обнаружить на самом сервере.
• Количество, используемых в программе пользовательских функций, никак не влияет на скорость
  Это позволяет использовать в программе бесчисленное число пользовательских функций.
• Активно используйте пользовательские функций
  Положительный эффект достигается за счёт того, что внутри функций операции ведутся только с локальными переменными. Эффект этого больше, чем расходы на вызовы пользовательских функций.
• «Критически тяжёлые» функции желательно реализовать на стороннем языка программирования в виде расширения PHP
  Это требует навыков программирования на стороннем языке, что значительно увеличивает время разработки, но в тоже время позволяет использовать приёмы вне возможности PHP.
• Обработка статического файла html быстрее, чем интерпретируемого файла php
  Различие повремени на клиенте может составлять около 1 секунды, поэтому имеет смысл четкое разделение статики и генерируемых средствами PHP страниц.
• Размер обрабатываемого (подключаемого) файла влияет на скорость
  Примерно на обработку каждых 2 Кб тратиться 0.001 секунды. Этот факт толкает нас на проведение минимизации кода скриптов при перенесении на рабочий сервер.
• Старайтесь не использовать постоянно require_once или include_once
  Эти функции нужно использовать при наличии возможности повторного считывания файла, в остальных случаях желательно использовать require и include.
• При ветвлении алгоритма, если имеются конструкции, которые могут не обрабатываться и их объём порядка 4 Кб и более, то более оптимально их подключать при помощи include.
• Желательно использовать проверку отправляемых данных на клиенте
  Это вызвано тем, что при проверке данных на стороне клиента, резко снижается количество запросов с неверными данными. Системы проверки данных на клиенте строятся в основном с использованием JS и жестких элементов формы (select).
• Желательно большие конструкций DOM для массивов данных строить на клиенте
  Это очень эффективный метод оптимизации при работе с отображением большого объёма данных. Суть его сводится к следующему: на сервере подготавливается массив данных и передаётся клиенту, а построение конструкций DOM предоставляется JS функциям. В результате нагрузка частично перераспределяется с сервера на клиент.
• Системы, построенные на технологии AJAX, значительно быстрее, чем системы, не использующие эту технологию
  Это вызвано уменьшением объёмов вывода и перераспределением нагрузки на клиента. На практике скорость систем с AJAX в 2-3 раза выше. Замечание: AJAX в свою очередь создаёт ряд ограничений на использование других методов оптимизации, например, работа с буфером.
• При получение post-запроса всегда возвращайте что-нибудь, можно даже пробел
  Иначе клиенту будет отправлена страница ошибки, которая весит несколько килобайт. Данная ошибка очень часто встречается в системах, использующих технологию AJAX.
• Получение данных из файла быстрее, чем из БД
  Это во многом вызвано затратами на подключение к БД. К моему удивлению, огромный процент программистов маниакально хранят все данные в БД, даже когда использование файлов быстрее и удобнее. Замечание: в файлах можно хранить данные, по которым не ведётся поиск, в противном случае следует использовать БД.
• Не осуществляйте подключение к БД без необходимости
  По неизвестной мне причине, многие программисты осуществляют подключение к БД на этапе считывания настроек, хотя далее они могут не делать запросов к БД. Это вредная привычка, которая стоит в среднем 0.002 секунды.
• Используйте постоянное соединение с БД при малом количестве одновременно активных клиентов
  Выгода во времени вызвана отсутствием затрат на подключение к БД. Разница во времени примерно 0.002 секунды. Замечание: при большом количестве пользователей постоянные соединения использовать нежелательно. При работе с постоянными соединениями должен быть механизм завершения соединений.
• Использование сложных запросов к БД быстрее, чем использование нескольких простых
  Разница во времени зависит от многих факторов (объём данных, настройка БД и пр.) и измеряется тысячными, а иногда даже сотыми, секунды.
• Использование вычислений на стороне СУБД быстрее, чем вычисления на стороне PHP для данных хранящихся в БД
  Это вызвано тем фактором, что для таких вычислений на стороне PHP требуется два запроса к БД (получение и изменение данных). Разница во времени зависит от многих факторов (объём данных, настройка БД и пр.) и измеряется тысячными и сотыми секунды.
• Если данные выборки из БД редко меняются и к этим данным обращается множество пользователей, то имеет смысл сохранить данные выборки в файл
  Например можно использовать следующий простой подход: получаем данные выборки из БД и сохраняем их как сериализованный массив в файл, далее любой пользователь использует данные из файла. На практике такой метод оптимизации может дать многократный прирост скорости выполнения скрипта. Замечание: При использовании данного метода требуются писать инструменты для формирования и изменения данных хранимых файле.
• Кэшируйте данные, которые редко меняются, при помощи memcached
  Выигрыш времени может быть весьма значительным. Замечание: кэширование эффективно для статичных данных, для динамичных данных эффект снижается и может быть отрицательным.
• Работа без объектов (без ООП) быстрее, чем работа с использованием объектов, примерно, в три раза
  Памяти «съедается» также больше. К сожалению, интерпретатор PHP не может работать с ООП также быстро как с обычными функциями.
• Чем больше мерность массивов, тем медленнее они работают
  Потеря времени возникает из-за обработки вложенности структур.

Оптимизация кода

Данные советы и факты дают незначительны по сравнению с предыдущей группой прирост скорости, но в своей совокупности эти приёмы могут дать неплохой выигрыш времени.

• echo и print значительно быстрее, чем printf
  Разница во времени может доходить до нескольких тысячных секунды. Это вызвано тем, что printf служит для вывода форматированных данных и интерпретатор проверяет полностью строку на вхождение таких данных. printf используется только для вывода данных, которым нужно форматирование.
• echo $var."text" быстрее, чем echo "$var text"
  Это вызвано тем, что движок PHP во втором случае вынужден искать переменные внутри строки. Для больших объёмов данных и старых версий PHP различия по времени заметны.
• echo 'a' быстрее, чем echo "a" для строк без переменных
  Это вызвано тем, что во втором случае движок PHP пытается найти переменные. Для больших объёмов данных различия во времени достаточно заметны.
• echo 'a','b' быстрее, чем echo 'a'.'b'
  Вывод данных через запятую быстрее, чем через точку. Это вызвано тем, что во втором случае происходит конкатенация строк. Для больших объёмов данных различия во времени достаточно заметны. Примечание: это работает только с функцией echo, которая может принимать несколько строк в качестве аргументов.
• $return='a'; $return.='b'; echo $return; быстрее, чем echo 'a'; echo 'b';
  Причина в том, что вывод данных требует некоторых дополнительных операций. Для больших объёмов данных различия во времени достаточно заметны.
• ob_start(); echo 'a'; echo 'b'; ob_end_flush(); быстрее, чем $return='a'; $return.='b'; echo $return;
  Это вызвано тем, что вся работа осуществляется без обращения к переменным. Для больших объёмов данных различия во времени достаточно заметны. Замечание: данный прием неэффективен, если вы работаете с AJAX, так как в этом случае данные желательно возвращать в виде одной строки.
• Используйте «профессиональную вставку» или ?> a b <?php быстрее, чем <?php echo 'a'; echo 'b'; ?>
  Статические данные (вне программного кода) обрабатываются быстрее, чем вывод данных PHP. Этот прием называется профессиональной вставкой. Для больших объёмов данных различия во времени достаточно заметны.
• readfile быстрее, чем file_get_contents, file_get_contents быстрее, чем require, а require быстрее, чем include для вывода статического контента из отдельного файла
  По времени считывания пустого файла колебания от 0.001 для readfile до 0.002 для include.
• require быстрее, чем include для интерпретируемых файлов
  Замечание: при ветвлении алгоритма, когда есть возможность не использовать интерпретируемый файл, надо использовать include, т.к. require подключает файл всегда.
• if (...) {...} else if (...) {} быстрее, чем switch
  Время зависит от количества веток.
• if (...) {...} else if (...) {} быстрее, чем if (...) {...}; if (...) {};
  Время зависит от количества веток и условий. Необходимо использовать else if везде, где это возможно, так как это самая быстрая «условная» конструкция.
• Наиболее часто встречающиеся условия конструкции if (...) {...} else if (...) {} надо помещать в начале ветвления
  Интерпритатор просматривает конструкцию сверху вниз, пока не найдет выполнение условия. Если интерпретатор находит выполнение условия, то остальныю часть конструкции он не просматривает.
• x = sizeOf($array); for($i = 0; $i < x; ++$i) {...} быстрее, чем for($i = 0; $i < sizeOf($array); ++$i) {...}
  Это вызвано тем, что во втором случае операция sizeOf будет выполнятся при каждой итерации. Время разницы выполнения зависит от числа элементов массива.
• x = sizeOf($array); for($i = 0; $i < x; ++$i) {...} быстрее, чем foreach($arr as $value) {...} для не ассоциативных массивов
  Разница во времени значительна и увеличивается при увеличении массива.
• preg _replace быстрее, чем ereg_replace, str_replace быстрее, чем preg_replace, но strtr быстрее, чем str_replace
  Разница во времени зависит от объёма данных и может достигать нескольких тысячных секунд.
• Функции работы со строками быстрее, чем регулярные выражения
  Это правило является следствием предыдущего.
• Удаляйте уже ненужные переменные-массивы для освобождения памяти.
• Старайтесь не использовать подавление ошибок @
  Подавление ошибок производит ряд очень медленных операций, а так как частота повтора может быть очень большой, потери скорости могут быть значительными.
• if (isset($str{5})) {...} быстрее, чем if (strlen($str)>4){...}
  Это вызвано тем, что вместо функции для работы со строками strlen используется стандартная операция проверки isset.
• 0.5 быстрее, чем 1/2
  Причина в том, что во втором случае выполняется операция деления.
• return быстрее, чем global при возвращении значения переменной из функции
  Это вызвано тем, что во втором случае создаётся глобальная переменная.
• $row['id'] быстрее, чем $row[id]
  Первый вариант быстрее в 7 раз.
• $_SERVER[’REQUEST_TIME’] быстрее, чем time() для определения времени запуска скрипта
  Причина в том, что в первом случае нет использования функции.
• if ($var===null) {...} быстрее, чем if (is_null($var)) {...}
  Причина в том, что в первом случае нет использования функции.
• ++i быстрее, чем i++, --i быстрее, чем i--
  Это вызвано особенностями ядра PHP. Разница по времени менее 0.000001, но если у Вас данные процедуры повторяются тысячи раз, то присмотритесь к данной оптимизации.
• Инкремент инициализированной переменой i=0; ++i; быстрее, чем не инициализированной ++i
  Разница по времени около 0.000001 секунды, но из-за возможной частоты повтора следует помнить данный факт.
• Использование «отработавших» переменных быстрее, чем объявление новых
  Или перефразирую иначе – Не создавайте лишних переменных.
• Работа с локальными переменными быстрее, чем с глобальными, примерно, в 2 раза
  Хоть и разница во времени менее 0.000001 секунды, но из-за высокой частоты повторения следует стараться работать с локальными переменными.
• Обращение к переменной напрямую быстрее, чем вызов функции, внутри которой определяется эта переменная в несколько раз
  На вызов функции тратиться примерно в три раза больше времени, чем на вызов переменной.

Бесполезная оптимизация

Ряд методов оптимизации на практике не оказывают большого влияния на скорость выполнения скриптов (выигрыш времени менее 0.000001 секунды). Несмотря на это, такая оптимизация зачастую становиться предметом споров. Я привел данные «бесполезные» факты для того, чтобы вы в последующим не уделяли им особого внимания при написании кода.

• echo быстрее, чем print
• include('абсолютный путь') быстрее, чем include('относительный путь')
• sizeOf быстрее, чем count
• foreach ($arr as $key => $value) {...} быстрее, чем reset ($arr); while (list($key, $value) = each ($arr)) {...} для ассоциативных массивов
• Не комментированный код быстрее, чем комментированный, так как уходит дополнительное время на чтение файла
  Весьма глупо уменьшать объём комментариев ради оптимизации, надо просто в рабочих («боевых») скриптах проводить минимизацию.
• Переменные с короткими названиями быстрее, чем переменные с длинными названиями
  Это вызвано сокращением объёмов обрабатываемого кода. Аналогично предыдущему пункту, надо просто в рабочих («боевых») скриптах проводить минимизацию.
• Разметка кода с использованием табуляции быстрее, чем с использованием пробелов
  Аналогично предыдущему пункту.

Напоследок, хочу раз напомнить, что приведённые мною советы и факты не абсолютны и значимость их применения зависит от конкретной ситуации. Необходимо помнить, что оптимизация скриптов лишь малая часть от всей процедуры оптимизации и зачастую возможно спокойно жить без вышеописанных советов.

Для написания статьи частично пользовались материалы:
40 советов по оптимизации вашего PHP-кода,
Кропотливая оптимизация PHP-приложений,
На пути к идеалу