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在前一篇隨筆大型網(wǎng)站系統(tǒng)架構(gòu)的演化中，介紹了大型網(wǎng)站的演化過(guò)程，期間穿插了一些技術(shù)和手段，我們可以從中看出一個(gè)大型網(wǎng)站的輪廓，但想要掌握設(shè)計(jì)開發(fā)維護(hù)大型網(wǎng)站的技術(shù)，需要我們一步一步去研究實(shí)踐。所以我打算寫一個(gè)系列，從理論到實(shí)踐講述大型網(wǎng)站的點(diǎn)滴，這也是一個(gè)共同學(xué)習(xí)的過(guò)程，希望自己能堅(jiān)持下去。系列大概會(huì)分為兩部分，理論和實(shí)踐，理論部分盡量通俗易懂，也要講一些細(xì)節(jié)。實(shí)踐部分會(huì)抽取一些技術(shù)做實(shí)踐，將方法、解決問(wèn)題過(guò)程分享出來(lái)。本文將講述大型網(wǎng)站中一個(gè)重要的要素，性能。

　　什么是性能

　　有人說(shuō)性能就是訪問(wèn)速度快慢，這是最直觀的說(shuō)法，也是用戶的真實(shí)體驗(yàn)。一個(gè)用戶從輸入網(wǎng)址到按下回車鍵，看到網(wǎng)頁(yè)的快慢，這就是性能。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，需要去挖掘這個(gè)過(guò)程，因?yàn)檫@決定我們?cè)趺慈プ鲂阅軆?yōu)化。

　　這中間發(fā)生了什么？

　　用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的整個(gè)流程：用戶輸入網(wǎng)站域名，通過(guò)DNS解析，找到目標(biāo)服務(wù)器IP，請(qǐng)求數(shù)據(jù)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)達(dá)到目標(biāo)服務(wù)器，目標(biāo)服務(wù)器收到請(qǐng)求數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理（執(zhí)行程序、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)、文件服務(wù)器等）。處理完成，將響應(yīng)數(shù)據(jù)又經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)返回給用戶瀏覽器，瀏覽器得到結(jié)果進(jìn)行計(jì)算渲染顯示給用戶。

　　我們把整個(gè)過(guò)程，分為三段路徑：

　　1、第一段在用戶和瀏覽器端，主要負(fù)責(zé)發(fā)出用戶請(qǐng)求，以及接受響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算渲染顯示給用戶；

　　2、第二段在網(wǎng)絡(luò)上，負(fù)責(zé)對(duì)請(qǐng)求數(shù)據(jù)、響應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸；

　　3、第三段在網(wǎng)站服務(wù)器端，負(fù)責(zé)對(duì)請(qǐng)求數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（執(zhí)行程序、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)、文件等），并將結(jié)果返回；

　　第一路徑

　　第一路徑花費(fèi)的時(shí)間包括輸入域名發(fā)起請(qǐng)求的時(shí)間和瀏覽器收到響應(yīng)后計(jì)算渲染的時(shí)間。

　　輸入域名發(fā)起請(qǐng)求，實(shí)質(zhì)過(guò)程是：

　　1、用戶在瀏覽器輸入要訪問(wèn)的網(wǎng)站域名；

　　2、本地DNS請(qǐng)求網(wǎng)站授權(quán)的DNS服務(wù)器對(duì)域名進(jìn)行解析，并得到解析結(jié)果即IP地址（并將IP地址緩存起來(lái)）。

　　3、向目標(biāo)IP地址發(fā)出請(qǐng)求。

　　從這個(gè)過(guò)程我們可以看到，優(yōu)化的地方主要是減少DNS解析次數(shù)，而如果用戶瀏覽器設(shè)置了緩存，則再第二次訪問(wèn)相同域名的時(shí)候就不會(huì)去請(qǐng)求DNS服務(wù)器，直接用緩存中的IP地址發(fā)出請(qǐng)求。因此這個(gè)過(guò)程主要取決于瀏覽器的設(shè)置。現(xiàn)在主流的瀏覽器默認(rèn)設(shè)置了DNS的預(yù)取功能（DNS Prefetch），當(dāng)然你也可以主動(dòng)告知瀏覽器我的網(wǎng)站需要做DNS預(yù)?。?/p>

　　瀏覽器將數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算渲染的過(guò)程：

　　1、瀏覽器解析響應(yīng)數(shù)據(jù)；

　　2、瀏覽器創(chuàng)建DOM樹；

　　3、瀏覽器下載CSS樣式，并應(yīng)用到DOM樹，進(jìn)行渲染；

　　4、瀏覽器下載JS文件，開始解析執(zhí)行；

　　5、顯示給用戶。

　　從這個(gè)過(guò)程，我們可以找出不少可以優(yōu)化的地方。首先我們可以盡量控制頁(yè)面大小，使得瀏覽器解析的時(shí)間更短；并且將多個(gè)CSS文件、JS文件文件合并壓縮減少文件下載的次數(shù)和大??；另外注意將CSS放在頁(yè)面前面，JS訪問(wèn)頁(yè)面后面，這樣便于頁(yè)面首先能渲染出來(lái)，再執(zhí)行js腳本，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)有更好的體驗(yàn)。最后我還可以設(shè)置瀏覽器緩存，下次訪問(wèn)時(shí)從緩存讀取內(nèi)容，減少http請(qǐng)求。

　　該代碼說(shuō)明了瀏覽器啟用了緩存并在5秒內(nèi)不會(huì)再次訪問(wèn)服務(wù)器。注意緩存的設(shè)置需要結(jié)合你的業(yè)務(wù)特性來(lái)適當(dāng)配置。

　　以下是京東商城的HTML簡(jiǎn)圖：

　　css樣式放在html前面，并且進(jìn)行了合并。

　　大多數(shù)的JS文件放在頁(yè)尾。

　　第二路徑

　　第二路徑在網(wǎng)絡(luò)上，花費(fèi)的時(shí)間同樣包括請(qǐng)求數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間和響應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間，這個(gè)兩個(gè)時(shí)間取決于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，這里我們要講一個(gè)名詞“帶寬”。什么是帶寬，我們經(jīng)常說(shuō)帶寬10M，20M是什么意思？我的帶寬20M，這意味著什么？

　　我們知道帶寬速度分為上行、下行速度，也就是上傳和下載的速度。帶寬20M對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)則是下載速度20M（20×1024×1024比特率），換算成字節(jié)20M/8=2.5M。也就是說(shuō)20M的帶寬下載速度理論可達(dá)2.5M/s，而對(duì)于家庭用戶而言上傳速度一般比下載速度小的多，大約是不到十分之一。而對(duì)于網(wǎng)站服務(wù)器（企業(yè)用戶）來(lái)說(shuō)，則不然，一般上行速度等于下載速度。這也是運(yùn)營(yíng)商根據(jù)實(shí)際需求分配的，畢竟用戶的主要需求是下載數(shù)據(jù)，而不是上傳數(shù)據(jù)。

　　整個(gè)流程從傳輸方式看就是：用戶發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)（上傳），網(wǎng)站服務(wù)器接受請(qǐng)求數(shù)據(jù)（下載），網(wǎng)站服務(wù)器返回響應(yīng)數(shù)據(jù)（上傳），用戶接受響應(yīng)數(shù)據(jù)（下載）。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，上傳數(shù)據(jù)是很小的（Url參數(shù)），而下載數(shù)據(jù)是較大的（響應(yīng)數(shù)據(jù)）；對(duì)于服務(wù)器來(lái)說(shuō)，下載數(shù)據(jù)是很小的（url參數(shù)），上傳數(shù)據(jù)是較大（響應(yīng)數(shù)據(jù)）。

　　理解了這個(gè)，我們可以解釋為什么有時(shí)用戶反映為什么自己的帶寬足夠，但打開某些網(wǎng)站仍然很慢，就是因?yàn)楸M管用戶的下載速度很快，但網(wǎng)站服務(wù)器的上傳速度很慢，這就像一個(gè)抽水管和一個(gè)出水管，不管抽水管再大，但出水管很小，同樣抽到的水量是有限的。

　　了解了這個(gè)原理我們來(lái)看怎么提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，首先用戶的上傳、下載速度我們是無(wú)法決定的，我們能決定的是網(wǎng)站服務(wù)器的上傳、下載速度，所以我們可以做的是適當(dāng)?shù)脑黾臃?wù)器帶寬（帶寬是很貴的，盲目的增加只會(huì)增加不必要成本）。購(gòu)買合適的帶寬需要根據(jù)網(wǎng)站業(yè)務(wù)特性、規(guī)模以及結(jié)合運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇。通常可以考慮的算法，即根據(jù)一次響應(yīng)數(shù)據(jù)的大小，乘以PV數(shù)，除以對(duì)應(yīng)的高峰時(shí)間段，從而大致估算出網(wǎng)站帶寬的需求。

　　下面我們繼續(xù)進(jìn)一步研究第二路徑：

　　上圖表示用戶訪問(wèn)網(wǎng)站服務(wù)器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的大致情況，從圖上可以看出假設(shè)網(wǎng)站服務(wù)器從電信網(wǎng)絡(luò)接入，而用戶A作為電信的寬帶用戶，則可以通過(guò)電信骨干網(wǎng)快速的訪問(wèn)到網(wǎng)站服務(wù)器。用戶B,用戶C作為移動(dòng)和聯(lián)通用戶需要通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的互聯(lián)互通經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)路徑才能訪問(wèn)到服務(wù)器。

　　針對(duì)這種情況，我們可以采取以下方法來(lái)優(yōu)化：

　　1、在各運(yùn)營(yíng)商發(fā)達(dá)的地區(qū)的IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，可以理解成機(jī)房）部署網(wǎng)站服務(wù)器，各運(yùn)營(yíng)商的用戶即可通過(guò)各自的骨干網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器。

　　2、購(gòu)買代理服務(wù)，也就是原來(lái)聯(lián)通用戶需要通過(guò)聯(lián)通骨干網(wǎng)——>聯(lián)通互聯(lián)互通路由器——>電信骨干網(wǎng)——>網(wǎng)站服務(wù)器的過(guò)程。通過(guò)代理服務(wù)，代理服務(wù)器直連到電信骨干網(wǎng)，訪問(wèn)網(wǎng)站服務(wù)器。

　　3、在主要地區(qū)城市購(gòu)買CDN服務(wù)，緩存對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，用戶可先從最近的CDN運(yùn)營(yíng)商獲取請(qǐng)求數(shù)據(jù)。

　　第三路徑

　　第三路徑主要是網(wǎng)站服務(wù)器內(nèi)部處理的過(guò)程，當(dāng)中包括執(zhí)行程序、訪問(wèn)文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等資源。

　　這是對(duì)于我們來(lái)說(shuō)最可以發(fā)揮的地方：

　　1、使用緩存，根據(jù)需要使用本地緩存或分布式緩存；

　　2、使用異步操作，這種方式不僅可以提高性能，也提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性；

　　3、代碼優(yōu)化；

　　4、存儲(chǔ)優(yōu)化；

　　緩存

　　如果緩存數(shù)據(jù)較少，可以利用OSCache實(shí)現(xiàn)本地緩存：

　　當(dāng)緩存數(shù)據(jù)過(guò)多時(shí)，利用Memcached實(shí)現(xiàn)分布式緩存：

　　Memcached實(shí)現(xiàn)分布式緩存，緩存服務(wù)器之間是互不通信的，也就是我們可以方便的通過(guò)增加Memcached服務(wù)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

　　異步操作

　　使用同步請(qǐng)求的方式，在高并發(fā)的情況下，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)造成很大的壓力，也會(huì)讓用戶感覺(jué)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。異步請(qǐng)求方式，則可以快速的對(duì)用戶做出響應(yīng)，而具體的數(shù)據(jù)庫(kù)操作請(qǐng)求，則通過(guò)消息隊(duì)列服務(wù)器發(fā)送給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，做具體的插入操作。插入操作的結(jié)果則已其他方式通知客戶端。例如一般在訂票系統(tǒng)當(dāng)中，出票行為就是異步完成，最終的出票結(jié)果會(huì)以郵件或其他方式告知用戶。

　　代碼優(yōu)化

　　這里就不在詳細(xì)描述。

　　存儲(chǔ)優(yōu)化

　　大型網(wǎng)站中海量的數(shù)據(jù)讀寫對(duì)磁盤造成很大壓力，系統(tǒng)最大的瓶頸還是在磁盤的讀寫。可以考慮使用磁盤陣列、分布式儲(chǔ)存來(lái)改善存儲(chǔ)的性能。

　　性能的指標(biāo)和測(cè)試

　　上面通過(guò)解析用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的過(guò)程來(lái)思考怎么提高用戶感知的性能，對(duì)于用戶來(lái)言性能就是快和慢。但對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，不能這樣簡(jiǎn)單描述，我們需要去量化他，用一些數(shù)據(jù)指標(biāo)去衡量它。這里講到幾個(gè)名詞：響應(yīng)時(shí)間、并發(fā)量、吞吐量。

　　響應(yīng)時(shí)間：就是用戶發(fā)出請(qǐng)求到收到響應(yīng)數(shù)據(jù)的時(shí)間；

　　并發(fā)量：就是系統(tǒng)同時(shí)能處理多少用戶請(qǐng)求；

　　吞吐量：就是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的請(qǐng)求數(shù)量；

　　為了通俗的了解這三個(gè)概念，我們以高速公路的收費(fèi)站為例子：響應(yīng)時(shí)間是指一輛車經(jīng)過(guò)收費(fèi)站的時(shí)間，也就是車輛從進(jìn)入收費(fèi)站、付錢、開閘、離開收費(fèi)站的時(shí)間；并發(fā)量是指這個(gè)收費(fèi)站同時(shí)能通行多少輛車，可以理解為收費(fèi)站的出口數(shù)量。吞吐量是指：在一段時(shí)間內(nèi)，這個(gè)收費(fèi)站通往了多少了車。

　　這個(gè)例子不曉得恰不恰當(dāng)。

　　對(duì)于性能測(cè)試來(lái)說(shuō)，基本也是圍繞這些方面來(lái)測(cè)試，下圖說(shuō)明了性能測(cè)試的過(guò)程：

　　左圖表示響應(yīng)時(shí)間和并發(fā)用戶量的二維坐標(biāo)圖，從圖上可以看出，并發(fā)用戶量在一定量增加時(shí)，響應(yīng)時(shí)間很短，并且沒(méi)有太大的起伏，這表示系統(tǒng)目前處于日常運(yùn)行期，可以很快處理用戶請(qǐng)求（A點(diǎn)之前）；隨著并發(fā)量的增加，系統(tǒng)處于請(qǐng)求高峰期，但仍然可以有序的處理用戶請(qǐng)求，響應(yīng)時(shí)間較日常有所增加（A、B之間）；當(dāng)并發(fā)量增加到一定數(shù)量時(shí)，超過(guò)了系統(tǒng)的負(fù)載能力，系統(tǒng)處于瀕臨崩潰的邊緣（B、C之間），響應(yīng)時(shí)間嚴(yán)重過(guò)長(zhǎng)，直到系統(tǒng)崩潰。

　　右圖表示吞吐量與并發(fā)用戶量的二維坐標(biāo)圖，可以看出，隨著并發(fā)用戶量的增加，吞吐量逐漸增加；在并發(fā)量到達(dá)一定量時(shí)，由于系統(tǒng)處理能力達(dá)到最大，吞吐量增加放緩；當(dāng)并發(fā)量超過(guò)系統(tǒng)負(fù)載時(shí)（E點(diǎn)），系統(tǒng)處理能力開始下降，不能再請(qǐng)求增加的用戶請(qǐng)求，吞吐量反而降低。

　　小結(jié)

　　本文通過(guò)用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的過(guò)程，分析了三個(gè)路徑過(guò)程中提高性能的想法和手段，最后介紹了描述性能的指標(biāo)，并對(duì)性能測(cè)試做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。