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PHP、Java和C语言中Web服务引擎的性能的比较
Toyotaro Suzumura博士, Scott Trent博士, Michiaki Tatsubori博士, Akihiko Tozawa博士 和 Tamiya Onodera博士
东京研究实验室, IBM 研究所,
日本，神奈川县242-8502，大和市，1623-14 Shimotsurusma
{toyo, trent, mich, atozawa,tonodera}@jp.ibm.com
摘要
PHP在网页2.0时代作为一个程序语言而为人熟知，它实现了服务端软件的敏捷开发。自从第5版以后，它通过内置的C基础库，正式的开始支持SOAP消息传递。在这篇论文中，我们深入研究了同样作为web服务引擎，PHP相比较Java和web在各方面不同。为了这个目的，我们使用了Axis2，因为它是一个开源的web服务引擎，并且同时支持Java和C语言。根据报告得出，PHP作为一个Web服务引擎，在涉及小型有效载荷的Web服务方面，其性能与Axis2 Java不相上下，而在涉及大型有效载荷的Web服务方面，其性能大大超过Axis2 Java 5-17倍。这种性能上的差异是由于PHP运行时所依赖的内部的SOAP引擎是用C语言实现的，且采用的是单片架构，而Axis2采用的是更加模块化的架构，可以灵活地插入各种WS-*标准的处理程序，而且Axis2采用的是不同的数据绑定机制，称为ADB（Axis2数据绑定）。本文是首次尝试对PHP、Java和C语言实现的Web服务引擎进行比较，作者认为通过让人们知道其不错的性能分数和高生产率的特点，能够促进PHP中基于SOAP的Web服务的开发。
1 介绍
网络服务技术，尤其是基于WS-*的网络服务技术，在实现面向服务的架构中起到了关键作用。然而，没人一开始就能断言网络服务的应用会多么多么广泛。可能的原因包括XML处理的性能问题，太多复杂的WS-*标准等。最近在Web 2.0时代看到的技术都是通过社区驱动的方式产生的，普通程序员在使用的过程中扮演着关键的角色。从这个角度来看，上述不受欢迎的最大原因之一就是软件生产力和性能上的劣势。
PHP语言作为一种流行的服务器端语言被广泛使用[7]。由于它可以高效的开发软件，大量的开源软件和公司的网站都使用PHP。除此以外，PHP在第5版中正式提供了对SOAP的支持，这有助于促进基于SOAP/WS-*的Web服务的广泛使用。
在本文中，我们从定性和定量的角度对PHP和Axis2（主要是通过开源SOAP引擎实现）进行彻底的对比研究。请注意，我们并不倾向于PHP比其他支持Web服务的编程语言更好，而是专注于中立的比较。
本文的结构如下。第2节对Axis2和PHP中SOAP扩展进行概述。第3节对编程模式、部署模式、WS-*标准支持和其他功能方面进行定性比较。接下来的第4节中对使用名为StockQuote的网络服务和WSTest的基准进行定量比较，在第5节中，我们总结了PHP、Java和C语言在网络服务运行时的对比结果。在本文的最后两段，也就是第6节，将介绍相关的工作，同时在第7节介绍了结论和未来的工作。
2. Web服务运行时概述
本文的主要目的是展示PHP SOAP引擎与各种编程语言实现的Web服务引擎有何不同。如今，有很多商业产品和开源软件都提供了网络服务引擎，但在本文中，我们使用的是Axis2项目提供的两个引擎，一个是基于Java的实现，一个是基于C的实现。
正如本文后面所详细描述的那样，从软件生产效率和部署的便利性来看，基于C语言的实现并不比基于Java和PHP等语言的运行时更直接。但是，我们主要用它来进行性能比较以了解最佳的性能。接下来我们将对PHP和Asis2以及它们的Web服务运行时进行简单的概述。
2.1 PHP的Web服务运行时
PHP从第5版开始正式支持SOAP，并提供了基于C语言的扩展。之前版本的SOAP引擎可以从用PHP实现的PEAR（PHP Extension and Application Repository）或用C实现的PECL（The PHP Extension Community Library）中获得。然而，PHP可以在Alternative PHP Cache（APC）中缓存中间操作码，此外，标准的'扩展'库集大部分是用C语言实现的。这些特性使PHP不同于其他动态脚本语言，如Ruby和Python。
2.2. Apache Axis2
Axis2是一个开源项目，它提供了一个网络服务引擎。为了提供更强的性能和灵活性来支持各种WS-*标准，Axis2的架构从头到尾进行了重建。Axis2有两个应用：一个是用Java编写的Apache Axis2/Java，另一个是用C编写的Apache Axis2/C。Axis2的许多特性与Axis1不同，比如支持各种WS-*标准和异步Web服务。Axis2的另一个显著特点就是它支持REST。当启用REST选项时，单个操作返回的值都是XML消息或SOAP信封。这个功能很重要，因为它减轻了那些希望以SOAP和REST风格发布其Web服务的程序员的负担。
3. 性能的对比
本节从软件架构、XML处理模式、WS-*标准支持、服务器提供商的编程模式和部署模式、对RESTful服务的支持等多个角度对PHP和Axis2提供的Web服务支持进行比较。
3.1 软件架构
Axis2的架构基于这样一个理念，即与Axis版本1相比，Axis2的架构应该更加灵活和可配置。因此Axis2架构采用模块化架构，可以使用模块安装附加功能，以支持各种WS-*标准。这种架构有两种实现方式：一种是Axis2 Java，顾名思义，就是用Java编写，另一种是Axis2 C，则用C编写。Axis2 Java通常作为servlet引擎（如Apache Tomcat）中的servlet部署。而Axis2 C却可以作为一个共享库部署在Apache HTTP服务器中，称为mod_axis2.so。
与Axis2相比，PHP中的SOAP支持是通过单片架构为基础，以C语言编写的扩展（PHP运行环境中的内置库）的方式实现。该扩展通过已定义的C接口直接被PHP进程中的核心运行环境中的引擎调用。PHP语言从一个能够缓存中间代码的解释器（APC缓存）中编译得到。而JAVA语言有一个即时编译器。两种主要连接PHP运行环境和HTTP服务器的方法是mod_php中的共享库方法和FastCGI服务器方法。当使用mod_php，PHP会运行在一个HTTP服务器进程中。有了FastCGI，多个PHP进程就可以作为独立的外部进程被生成，并通过FastCGI协议与HTTP服务器通信。
在自动内存管理方面，PHP使用的是引用计数，而Java使用的是垃圾收集。所以PHP的运行时性能中已经包含了内存管理的成本，但Java中的垃圾收集有一个问题，就是你无法预测它何时发生，这有时会带来糟糕的后果。
3.2. XML解析器和处理模型
众所周知，XML处理（尤其式序列化和去序列化的）是影响Web服务引擎整体性能的一个关键因素。Axis2的XML处理模型是基于AXIOM（Axis Object Model），它为SOAP提供了一个简单的API。AXIOM基于StAX API(Streaming API for XML)，而Axis2 Java使用Woodstox，用C语言实现的Axis2和Axis2 C都使用libxml2来处理SOAP消息。这个XML解析器和PHP中的SOAP引擎是一样的。
PHP中的SOAP引擎是通过一个基于C的扩展来实现的，它使用了libxml2（PHP 5.2.5中的libxml-2.5.4）[11]。LibXML2是一个C库，它提供了一个流式的pull-parser和一个类似SAX的接口以及一个类似DOM的方法，但是PHP中的SOAP扩展只使用了SAX接口而不是流式API。[8]中的文章介绍了用C语言编写的Libxml2 XML解析器和其他XML解析器包括Woodstox[10]（用Java编写的StAX Pull Parser）之间的性能比较。本文的结果表明，用C语言实现的类似SAX的LIBXML2在所有基准测试中表现最好，其文档大小从小尺寸文档（4.5KB、13.5KB、50KB、95KB）到大尺寸文档（455KB、905KB、4000KB）不等。对于其它大多数文档大小，它提供的吞吐量是其他XML解析器的三分之一到两倍。在[10]中也报道了创建AXIOM或DOM等对象模型的处理速度，这表明LIBXML2比其他所有实现都要快得多。
3.3 编程模式和部署模型
在本节中，我们将从软件生产力方面对Web服务引擎进行比较，如可编程性和部署的方便性，为了帮助那些实现和发布他们的Web服务。
首先Axis2 Java具有各种特性，例如能够将对象处理为Plain Old Java Objects（POJO），这使得程序员能够轻松开发和发布他们的Web服务。与Axis1相比，用Axis2 Java实现Web服务是相当直接了当的。如果开发者有一个POJO，那么所有需要的文件，包括WSDL、服务骨架文件、客户端存根文件和AAR（Axis2 Archive）可部署的档案文件都会通过提供的ant脚本自动生成。测试阶段，这个工具还将会被反复使用，定期修改、发布和调试代码。
最后，表2显示了在PHP中通过SOAP支持发布报价股票网络服务的代码片段。WSDL文件的位置是在SoapServer构造的参数中指定的。在发布时，只需将PHP脚本定位在适当的Web目录下即可。与Java不同，不需要服务描述文件和编译，也不需要生成存根代码。开发者只需向SoapServer注册一个处理函数即可。同时，也可以直接编写客户端代码。你可以简单地获得如下PHP代码片段所演示的结果。
$client = new SoapClient(lsquo;StockQuoteService.wsdlrsquo;);
$quote = $client-gt;getStockQuote ($symbol);
虽然在PHP中可能会出现运行时错误，但由于数据是动态类型的，不在编译时检查，所以程序员可以直接以敏捷的方式编辑和调试文件，而不用编译。
3.4 功能
WS-*标准的支持
如前一节所述，为了支持各种WS-*标准，Axis2被设计成了一个十分灵活的架构。相比之下，当前PHP发行版提供的标准SOAP扩展支持SOAP 1.1、SOAP 1.2和WSDL 1.1规范的子集。然而，WSO2 trade;发布的支持PHP的Web服务框架 [16]已经开始支持全套的WS-*。
REST的支持
Axis2支持SOAP 1.1和SOAP 1.2，以及REST风格的Web服务。一个服务可以同时以SOAP风格和REST风格服务的形式出现。PHP被认为是最适合用来实现RESTful服务的语言，因为几乎不需要额外的编码就可以非常直接的在PHP中实现这样的服务。
异步支持
JAX-WS 2.0的主要贡献是支持异步Web服务。在[11]中的PHP的SOAP扩展目前不支持这个功能——因为PHP语言本身不支持线程。可以用在Java 1.4中被引入的Java New I/O（NIO）或拓展PHP以支持线程这两种方法来替代之。
4. 量化比较
本节介绍了3个SOAP引擎之间的定量比较：PHP5中的SOAP引擎、Axis2 Java和Axis2 C。特别是对于PHP，我们还比较了Lighttpd[9]和Apache 2这两个Web服务器。
4.1. 测试方法
服务器端整体架构遵循三层架构，由Web服务器、SOAP引擎（Web服务引擎）和Web服务实现本身组成。我们准备了表1中所示的4种变体进行测试。我们研究了许多当今可用的Web服务器和连接器，但我们尽可能地把注意力放在在当前最流行的配置上。
对于PHP，我们选择了两个有代表性的HTTP服务器：最广泛使用的Apache HTTP服务器（2.0.63版本）和Lighttpd（1.4.19版本）[10]。这两个版本的服务器所展现出的超高性能，已经得到了社区的广泛认可(也包括商业领域)。表1中所示的连接器（通常称为SAPI）表示连接PHP运行时和HTTP服务器的方法。在Apache中，我们选择了mod_php方法，其
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