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大型網(wǎng)站中重要的要素-性能

時(shí)間:2014/9/26 10:10:31 點(diǎn)擊:462

摘要: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...
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)的過程,希望自己能堅(jiān)持下去。系列大概會分為兩部分,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)踐部分會抽取一些技術(shù)做實(shí)踐,將方法、解決問題過程分享出來。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
有人說性能就是訪問速度快慢,這是最直觀的說法,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)頁的快慢,這就是性能。對于我們來說,需要去挖掘這個(gè)過程,因?yàn)檫@決定我們怎么去做性能優(yōu)化。
這中間發(fā)生了什么?
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
用戶訪問網(wǎng)站的整個(gè)流程:用戶輸入網(wǎng)站域名,通過DNS解析,找到目標(biāo)服務(wù)器IP,請求數(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)器收到請求數(shù)據(jù),進(jìn)行處理(執(zhí)行程序、訪問數(shù)據(jù)庫、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)對請求數(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)對請求數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(執(zhí)行程序、訪問數(shù)據(jù)庫、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)起請求,實(shí)質(zhì)過程是:
  1、用戶在瀏覽器輸入要訪問的網(wǎng)站域名;
  2、本地DNS請求網(wǎng)站授權(quán)的DNS服務(wù)器對域名進(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)。
  3、向目標(biāo)IP地址發(fā)出請求。
從這個(gè)過程我們可以看到,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,則再第二次訪問相同域名的時(shí)候就不會去請求DNS服務(wù)器,直接用緩存中的IP地址發(fā)出請求。因此這個(gè)過程主要取決于瀏覽器的設(shè)置,F(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)然你也可以主動告知瀏覽器我的網(wǎng)站需要做DNS預(yù)。
瀏覽器將數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算渲染的過程:
  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放在頁面前面,JS訪問頁面后面,這樣便于頁面首先能渲染出來,再執(zhí)行js腳本,對于用戶來說有更好的體驗(yàn)。最后我還可以設(shè)置瀏覽器緩存,下次訪問時(shí)從緩存讀取內(nèi)容,減少http請求。
該代碼說明了瀏覽器啟用了緩存并在5秒內(nèi)不會再次訪問服務(wù)器。注意緩存的設(shè)置需要結(jié)合你的業(yè)務(wù)特性來適當(dāng)配置。
以下是京東商城的HTML簡圖:
css樣式放在html前面,并且進(jìn)行了合并。
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
大多數(shù)的JS文件放在頁尾。
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
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對于用戶來說則是下載速度20M(20×1024×1024比特率),換算成字節(jié)20M/8=2.5M。也就是說20M的帶寬下載速度理論可達(dá)2.5M/s,而對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。而對于網(wǎng)站服務(wù)器(企業(yè)用戶)來說,則不然,一般上行速度等于下載速度。這也是運(yùn)營商根據(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)送請求數(shù)據(jù)(上傳),網(wǎng)站服務(wù)器接受請求數(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)。對于用戶來說,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));對于服務(wù)器來說,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)脑黾臃⻊?wù)器帶寬(帶寬是很貴的,盲目的增加只會增加不必要成本)。購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:
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
上圖表示用戶訪問網(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,則可以通過電信骨干網(wǎng)快速的訪問到網(wǎng)站服務(wù)器。用戶B,用戶C作為移動和聯(lián)通用戶需要通過運(yùn)營商的互聯(lián)互通經(jīng)過較長路徑才能訪問到服務(wù)器。
針對這種情況,我們可以采取以下方法來優(yōu)化:
1、在各運(yùn)營商發(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)營商的用戶即可通過各自的骨干網(wǎng)訪問服務(wù)器。
2、購買代理服務(wù),也就是原來聯(lián)通用戶需要通過聯(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)器的過程。通過代理服務(wù),代理服務(wù)器直連到電信骨干網(wǎng),訪問網(wǎng)站服務(wù)器。
3、在主要地區(qū)城市購買CDN服務(wù),緩存對應(yīng)的數(shù)據(jù),用戶可先從最近的CDN運(yùn)營商獲取請求數(shù)據(jù)。
第三路徑
第三路徑主要是網(wǎng)站服務(wù)器內(nèi)部處理的過程,當(dāng)中包括執(zhí)行程序、訪問文件、數(shù)據(jù)庫等資源。
這是對于我們來說最可以發(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:
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
當(dāng)緩存數(shù)據(jù)過多時(shí),利用Memcached實(shí)現(xiàn)分布式緩存:
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
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增加Memcached服務(wù)器對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。
異步操作
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
使用同步請求的方式,在高并發(fā)的情況下,會對數(shù)據(jù)庫造成很大的壓力,也會讓用戶感覺響應(yīng)時(shí)間過長。異步請求方式,則可以快速的對用戶做出響應(yīng),而具體的數(shù)據(jù)庫操作請求,則通過消息隊(duì)列服務(wù)器發(fā)送給數(shù)據(jù)庫服務(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。
存儲優(yōu)化
大型網(wǎng)站中海量的數(shù)據(jù)讀寫對磁盤造成很大壓力,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、分布式儲存來改善存儲的性能。
性能的指標(biāo)和測試
上面通過解析用戶訪問網(wǎng)站的過程來思考怎么提高用戶感知的性能,對于用戶來言性能就是快和慢。但對于我們來說,不能這樣簡單描述,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)能處理多少用戶請求;
  吞吐量:就是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的請求數(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)。
對于性能測試來說,基本也是圍繞這些方面來測試,下圖說明了性能測試的過程:
大型網(wǎng)站中重要的要素-性能
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求(A點(diǎn)之前);隨著并發(fā)量的增加,系統(tǒng)處于請求高峰期,但仍然可以有序的處理用戶請求,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)重過長,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,不能再請求增加的用戶請求,吞吐量反而降低。
小結(jié)
本文通過用戶訪問網(wǎng)站的過程,分析了三個(gè)路徑過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),并對性能測試做了簡要說明。
作者:cnblogs

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責(zé)編:王麗 作者:不詳 來源:網(wǎng)絡(luò)