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架構師視角也就是從系統的全鏈路視角,來分析系統性能指標

一次請求鏈路圖

步驟一:DNS解析,,使用者在瀏覽器輸入URL按回車,請求會進行DNS查詢,瀏覽器透過DNS解析查到域名對映的IP地址,查詢成功後,瀏覽器會和該IP地址建立連線。對應的效能指標為:DNS解析時間。對於這個指標,我們可以透過DNS快取或DNS預解析,適當增大域名的TTL值來增大DNS伺服器快取域名的時間,進而提升了快取的命中率。也可以用dns-prefetch標籤實現域名的預解析,讓瀏覽器在後臺把要用的DNS請求提前解析,當用戶訪問的頁面中包含了預解析的域名時,再次解析DNS就不會有延遲了。

步驟二:建立TCP連線,由於HTTP是應用層協議,TCP是傳輸層協議,所以HTTP是基於TCP協議基礎上進行資料傳輸的,所以你要建立TCP請求連線,這裡也可以用TCP的連線時間來衡量瀏覽器與Web伺服器建立的請求連線時間。

步驟三:伺服器響應

這部分是一個最重要的新能指標,即伺服器端的延遲和吞吐能力,針對影響服務端效能的指標,還可以細分為基礎設施效能指標、資料庫效能指標,以及系統應用效能指標。

基礎設施效能指標主要針對CPU利用率、磁碟I/O,網路頻寬、記憶體利用率。例如,CPU佔用率超過80%,就很有可能是系統出了問題。如果記憶體利用率達到100%,可能是應為記憶體中存放了快取,因此還要衡量SWAP交換空間的利用率,另外,還要考慮容器的 JVM 的Full GC 情況、磁碟 I/O 是否可以最佳化、網路頻寬是否存在瓶頸等問題都會影響系統的最終效能。

資料庫的效能指標主要有 SQL 查詢時間、併發數、連線數、快取命中率等。

系統應用效能指標和系統業務有關,因為業務場景影響架構設計,比如To C 的系統一般會設計成同步 RPC 呼叫,因為要實時反饋 C 端使用者的請求,而 To B 的系統則可以設計成事件驅動模式,透過非同步通知的方式,推送或拉取資料,兩種架構對比,顯然非同步事件驅動的吞吐量會更高。

步驟四:白屏時間

當瀏覽器與 Web 伺服器建立連線後,就可以進行資料通訊了。Web 伺服器接收請求後,開始處理請求,瀏覽器這時會等待Web 伺服器的處理響應。

由於瀏覽器自上而下顯示 HTML,同時渲染順序也是自上而下的,所以當用戶在瀏覽器位址列輸入 URL 按回車,到他看到網頁的第一個視覺標誌為止,這段白屏時間可以作為一個性能的衡量指標(白屏時間越長,使用者體驗越差)。

最佳化手段為減少首次檔案的載入體積,比如用 gzip 演算法壓縮資原始檔,調整使用者介面的瀏覽行為(現在主流的Feed流也是一種減少白屏時間的方案)。

步驟五:首屏時間

使用者端瀏覽介面的渲染,首屏時間也是一個重要的衡量指標,首屏時間是指:使用者在瀏覽器地址輸入 URL 按回車,然後看到當前視窗的區域顯示完整頁面的時間。一般情況下,一個頁面總的白屏時間在 2 秒以內,使用者會認為系統響應快,2 ~ 5 秒,使用者會覺得響應慢,超過 5 秒很可能造成使用者流失。

如何分析系統的效能瓶頸?

設計階段,定義系統性能目標

要在專案初期定義好系統大致的效能目標,比如希望單臺伺服器能夠負載多少 TPS 的請求,因為不同的效能會影響到系統的架構設計,也會帶來不同的成本,一旦過了設計階段,再因為效能問題調整系統架構,成本極高。比如,當前單機效能是 80 TPS,要想最佳化到100 TPS,可以做一些小的效能最佳化,但要提升到 1000 TPS,就要進行架構改造了,代價非常大。

開發階段,走查程式碼和業務流程

也就是評審程式碼,程式碼包括應用程式原始碼、環境引數配置、程式整個呼叫流程和處理邏輯。例如,使用者在 App 中觸發了“立即下單”按鈕,服務端的應用程式從執行緒池裡取得了執行緒來處理請求,然後查詢了幾次快取和資料庫,都讀取和寫入了什麼資料,再把最終的響應返回給 App,響應的資料報文格式是什麼,有哪些狀態碼和異常值……

測試階段,壓測發現系統性能峰值

一般來說,要在系統上線前,對系統進行全方位的壓力測試,繪製出系統吞吐量和延遲曲線,然後找到最佳效能點,並在超過最佳效能點時做限流,如果達不到最佳效能點(比如多數系統的吞吐量,隨著壓力增大,吞吐量上不去)就需要考慮出現延遲和吞吐量的這幾種情況。

1.定位延遲問題

要本著端到端的策略,大到整體流程,小到系統模組呼叫,逐一排查時間消耗在哪裡。

可以使用 kill -3 PID, jstack 等命令列印系統當前的執行緒執行的堆疊;還可以用一些效能分析工具,如 JProfiler 來監控系統的記憶體使用情況、垃圾回收、執行緒執行狀況,比如發現了執行的 100 個執行緒裡面,有 80 個卡在某一個鎖的釋放上面,這時極有可能這把鎖造成的延遲問題。

2. 對於吞吐量問題的定位

對於吞吐量指標要和 CPU使用率一起來看,在請求速率逐步增大時,經常會出現四種情況:

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