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大型網站的靈魂——性能優(yōu)化
[來源:0369l.com]
[作者:網站建設]
[日期:15-10-10]
[瀏覽次數:]
如果一個網站運行速度慢,即使它內容再豐富,UI設計更美觀,也算不上一個好網站。因為它忽略了最重要的因素:性能。運行速度的快與慢是最直觀的說法,也是用戶的真實體驗。本文轉載博客園,講述大型網站中一個重要的要素,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,也是用戶的真實體驗。一個用戶從輸入網址到按下回車鍵,看到網頁的快慢,這就是性能。對于我們來說,需要去挖掘這個過程,因為這決定我們怎么去做性能優(yōu)化。
這中間發(fā)生了什么?
用戶訪問網站的整個流程:用戶輸入網站域名,通過DNS解析,找到目標服務器IP,請求數據經互聯(lián)網達到目標服務器,目標服務器收到請求數據,進行處理(執(zhí)行程序、訪問數據庫、文件服務器等)。處理完成,將響應數據又經互聯(lián)網返回給用戶瀏覽器,瀏覽器得到結果進行計算渲染顯示給用戶。
我們把整個過程,分為三段路徑:
第一段在用戶和瀏覽器端,主要負責發(fā)出用戶請求,以及接受響應數據進行計算渲染顯示給用戶;
第二段在網絡上,負責對請求數據、響應數據的傳輸;
第三段在網站服務器端,負責對請求數據進行處理(執(zhí)行程序、訪問數據庫、文件等),并將結果返回;
第一路徑
第一路徑花費的時間包括輸入域名發(fā)起請求的時間和瀏覽器收到響應后計算渲染的時間。
輸入域名發(fā)起請求,實質過程是:
用戶在瀏覽器輸入要訪問的網站域名;
本地DNS請求網站授權的DNS服務器對域名進行解析,并得到解析結果即IP地址(并將IP地址緩存起來)。
向目標IP地址發(fā)出請求。
從這個過程我們可以看到,優(yōu)化的地方主要是減少DNS解析次數,而如果用戶瀏覽器設置了緩存,則再第二次訪問相同域名的時候就不會去請求DNS服務器,直接用緩存中的IP地址發(fā)出請求。因此這個過程主要取決于瀏覽器的設置?,F(xiàn)在主流的瀏覽器默認設置了DNS的預取功能(DNS Prefetch),當然你也可以主動告知瀏覽器我的網站需要做DNS預?。?
瀏覽器將數據進行計算渲染的過程:
瀏覽器解析響應數據;
瀏覽器創(chuàng)建DOM樹;
瀏覽器下載CSS樣式,并應用到DOM樹,進行渲染;
瀏覽器下載JS文件,開始解析執(zhí)行;
顯示給用戶。
從這個過程,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間更短;并且將多個CSS文件、JS文件文件合并壓縮減少文件下載的次數和大??;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。最后我還可以設置瀏覽器緩存,下次訪問時從緩存讀取內容,減少http請求。
該代碼說明了瀏覽器啟用了緩存并在5秒內不會再次訪問服務器。注意緩存的設置需要結合你的業(yè)務特性來適當配置。
以下是京東商城的HTML簡圖:
CSS樣式放在html前面,并且進行了合并。
大多數的JS文件放在頁尾。
第二路徑
第二路徑在網絡上,花費的時間同樣包括請求數據的傳輸時間和響應數據的傳輸時間,這個兩個時間取決于數據傳輸的速度,這里我們要講一個名詞“帶寬”。什么是帶寬,我們經常說帶寬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。而對于網站服務器(企業(yè)用戶)來說,則不然,一般上行速度等于下載速度。這也是運營商根據實際需求分配的,畢竟用戶的主要需求是下載數據,而不是上傳數據。
整個流程從傳輸方式看就是:用戶發(fā)送請求數據(上傳),網站服務器接受請求數據(下載),網站服務器返回響應數據(上傳),用戶接受響應數據(下載)。對于用戶來說,上傳數據是很小的(Url參數),而下載數據是較大的(響應數據);對于服務器來說,下載數據是很小的(url參數),上傳數據是較大(響應數據)。理解了這個,我們可以解釋為什么有時用戶反映為什么自己的帶寬足夠,但打開某些網站仍然很慢,就是因為盡管用戶的下載速度很快,但網站服務器的上傳速度很慢,這就像一個抽水管和一個出水管,不管抽水管再大,但出水管很小,同樣抽到的水量是有限的。了解了這個原理我們來看怎么提高數據傳輸的速度,首先用戶的上傳、下載速度我們是無法決定的,我們能決定的是網站服務器的上傳、下載速度,所以我們可以做的是適當的增加服務器帶寬(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網站業(yè)務特性、規(guī)模以及結合運維人員的經驗來選擇。通??梢钥紤]的算法,即根據一次響應數據的大小,乘以PV數,除以對應的高峰時間段,從而大致估算出網站帶寬的需求。
下面我們繼續(xù)進一步研究第二路徑:
上圖表示用戶訪問網站服務器時網絡的大致情況,從圖上可以看出假設網站服務器從電信網絡接入,而用戶A作為電信的寬帶用戶,則可以通過電信骨干網快速的訪問到網站服務器。用戶B,用戶C作為移動和聯(lián)通用戶需要通過運營商的互聯(lián)互通經過較長路徑才能訪問到服務器。
針對這種情況,我們可以采取以下方法來優(yōu)化:
在各運營商發(fā)達的地區(qū)的IDC(互聯(lián)網數據中心,可以理解成機房)部署網站服務器,各運營商的用戶即可通過各自的骨干網訪問服務器。
購買代理服務,也就是原來聯(lián)通用戶需要通過聯(lián)通骨干網——>聯(lián)通互聯(lián)互通路由器——>電信骨干網——>網站服務器的過程。通過代理服務,代理服務器直連到電信骨干網,訪問網站服務器。
在主要地區(qū)城市購買CDN服務,緩存對應的數據,用戶可先從最近的CDN運營商獲取請求數據。
第三路徑
第三路徑主要是網站服務器內部處理的過程,當中包括執(zhí)行程序、訪問文件、數據庫等資源。
這是對于我們來說最可以發(fā)揮的地方:
使用緩存,根據需要使用本地緩存或分布式緩存;
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)的擴展性;
代碼優(yōu)化;
存儲優(yōu)化;
緩存
如果緩存數據較少,可以利用OSCache實現(xiàn)本地緩存:
當緩存數據過多時,利用Memcached實現(xiàn)分布式緩存:
Memcached實現(xiàn)分布式緩存,緩存服務器之間是互不通信的,也就是我們可以方便的通過增加Memcached服務器對系統(tǒng)進行擴展。
異步操作
使用同步請求的方式,在高并發(fā)的情況下,會對數據庫造成很大的壓力,也會讓用戶感覺響應時間過長。異步請求方式,則可以快速的對用戶做出響應,而具體的數據庫操作請求,則通過消息隊列服務器發(fā)送給數據庫服務器,做具體的插入操作。插入操作的結果則已其他方式通知客戶端。例如一般在訂票系統(tǒng)當中,出票行為就是異步完成,最終的出票結果會以郵件或其他方式告知用戶。
代碼優(yōu)化
這里就不在詳細描述,另一篇隨筆《怎樣編寫高質量的java代碼》對代碼質量和風格做過大致的介紹,有興趣可以看一下。
存儲優(yōu)化
大型網站中海量的數據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??梢钥紤]使用磁盤陣列、分布式儲存來改善存儲的性能。
性能的指標和測試
上面通過解析用戶訪問網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,用一些數據指標去衡量它。這里講到幾個名詞:響應時間、并發(fā)量、吞吐量。
響應時間:就是用戶發(fā)出請求到收到響應數據的時間;
并發(fā)量:就是系統(tǒng)同時能處理多少用戶請求;
吞吐量:就是單位時間內系統(tǒng)處理的請求數量;
為了通俗的了解這三個概念,我們以高速公路的收費站為例子:響應時間是指一輛車經過收費站的時間,也就是車輛從進入收費站、付錢、開閘、離開收費站的時間;并發(fā)量是指這個收費站同時能通行多少輛車,可以理解為收費站的出口數量。吞吐量是指:在一段時間內,這個收費站通往了多少了車。
這個例子不曉得恰不恰當。
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:
左圖表示響應時間和并發(fā)用戶量的二維坐標圖,從圖上可以看出,并發(fā)用戶量在一定量增加時,響應時間很短,并且沒有太大的起伏,這表示系統(tǒng)目前處于日常運行期,可以很快處理用戶請求(A點之前);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,響應時間較日常有所增加(A、B之間);當并發(fā)量增加到一定數量時,超過了系統(tǒng)的負載能力,系統(tǒng)處于瀕臨崩潰的邊緣(B、C之間),響應時間嚴重過長,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)量到達一定量時,由于系統(tǒng)處理能力達到最大,吞吐量增加放緩;當并發(fā)量超過系統(tǒng)負載時(E點),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。