Node效能如何進行監控以及最佳化？

林恒發表於2024-05-29

一、 是什麼

Node作為一門服務端語言，效能方面尤為重要，其衡量指標一般有如下：

  • CPU
  • 記憶體
  • I/O
  • 網路

CPU

主要分成了兩部分：

  • CPU負載：在某個時間段內，佔用以及等待CPU的程序總數
  • CPU使用率：CPU時間佔用狀況，等於 1 - 空閒CPU時間(idle time) / CPU總時間

這兩個指標都是用來評估系統當前CPU的繁忙程度的量化指標

Node應用一般不會消耗很多的CPU，如果CPU佔用率高，則表明應用存在很多同步操作，導致非同步任務回撥被阻塞

記憶體指標

記憶體是一個非常容易量化的指標。 記憶體佔用率是評判一個系統的記憶體瓶頸的常見指標。 對於Node來說，內部記憶體堆疊的使用狀態也是一個可以量化的指標

// /app/lib/memory.js
const os = require('os');
// 獲取當前Node記憶體堆疊情況
const { rss, heapUsed, heapTotal } = process.memoryUsage();
// 獲取系統空閒記憶體
const sysFree = os.freemem();
// 獲取系統總記憶體
const sysTotal = os.totalmem();

module.exports = {
  memory: () => {
    return {
      sys: 1 - sysFree / sysTotal,  // 系統記憶體佔用率
      heap: heapUsed / headTotal,   // Node堆記憶體佔用率
      node: rss / sysTotal,         // Node佔用系統記憶體的比例
    }
  }
}
  • rss：表示node程序佔用的記憶體總量。
  • heapTotal：表示堆記憶體的總量。
  • heapUsed：實際堆記憶體的使用量。
  • external ：外部程式的記憶體使用量，包含Node核心的C++程式的記憶體使用量

在Node中，一個程序的最大記憶體容量為1.5GB。因此我們需要減少記憶體洩露

磁碟 I/O

硬碟的IO 開銷是非常昂貴的，硬碟 IO 花費的 CPU 時鐘週期是記憶體的 164000 倍

記憶體 IO比磁碟IO 快非常多，所以使用記憶體快取資料是有效的最佳化方法。常用的工具如 redis、memcached等

並不是所有資料都需要快取，訪問頻率高，生成代價比較高的才考慮是否快取，也就是說影響你效能瓶頸的考慮去快取，並且而且快取還有快取雪崩、快取穿透等問題要解決

二、如何監控

關於效能方面的監控，一般情況都需要藉助工具來實現

這裡採用Easy-Monitor 2.0，其是輕量級的 Node.js 專案核心效能監控 + 分析工具，在預設模式下，只需要在專案入口檔案 require 一次，無需改動任何業務程式碼即可開啟核心級別的效能監控分析

使用方法如下：

在你的專案入口檔案中按照如下方式引入，當然請傳入你的專案名稱：

const easyMonitor = require('easy-monitor');
easyMonitor('你的專案名稱');

開啟你的瀏覽器，訪問 http://localhost:12333 ，即可看到程序介面

關於定製化開發、通用配置項以及如何動態更新配置項詳見官方文件

三、如何最佳化

關於Node的效能最佳化的方式有：

  • 使用最新版本Node.js
  • 正確使用流 Stream
  • 程式碼層面最佳化
  • 記憶體管理最佳化

使用最新版本Node.js

每個版本的效能提升主要來自於兩個方面：

  • V8 的版本更新
  • Node.js 內部程式碼的更新最佳化

正確使用流 Stream

在Node中，很多物件都實現了流，對於一個大檔案可以透過流的形式傳送，不需要將其完全讀入記憶體

const http = require('http');
const fs = require('fs');

// bad
http.createServer(function (req, res) {
    fs.readFile(__dirname + '/data.txt', function (err, data) {
        res.end(data);
    });
});

// good
http.createServer(function (req, res) {
    const stream = fs.createReadStream(__dirname + '/data.txt');
    stream.pipe(res);
});

程式碼層面最佳化

合併查詢，將多次查詢合併一次，減少資料庫的查詢次數

// bad
for user_id in userIds 
     let account = user_account.findOne(user_id)

// good
const user_account_map = {}   // 注意這個物件將會消耗大量記憶體。
user_account.find(user_id in user_ids).forEach(account){
    user_account_map[account.user_id] =  account
}
for user_id in userIds 
    var account = user_account_map[user_id]

記憶體管理最佳化

在 V8 中，主要將記憶體分為新生代和老生代兩代：

  • 新生代：物件的存活時間較短。新生物件或只經過一次垃圾回收的物件
  • 老生代：物件存活時間較長。經歷過一次或多次垃圾回收的物件

若新生代記憶體空間不夠，直接分配到老生代

透過減少記憶體佔用，可以提高伺服器的效能。如果有記憶體洩露，也會導致大量的物件儲存到老生代中，伺服器效能會大大降低

如下面情況：

const buffer = fs.readFileSync(__dirname + '/source/index.htm');

app.use(
    mount('/', async (ctx) => {
        ctx.status = 200;
        ctx.type = 'html';
        ctx.body = buffer;
        leak.push(fs.readFileSync(__dirname + '/source/index.htm'));
    })
);

const leak = [];

leak的記憶體非常大，造成記憶體洩露，應當避免這樣的操作，透過減少記憶體使用，是提高服務效能的手段之一

而節省記憶體最好的方式是使用池，其將頻用、可複用物件儲存起來，減少建立和銷燬操作

例如有個圖片請求介面，每次請求，都需要用到類。若每次都需要重新new這些類，並不是很合適，在大量請求時，頻繁建立和銷燬這些類，造成記憶體抖動

使用物件池的機制，對這種頻繁需要建立和銷燬的物件儲存在一個物件池中。每次用到該物件時，就取物件池空閒的物件，並對它進行初始化操作，從而提高框架的效能

參考文獻

  • https://segmentfault.com/a/1190000039327565
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/50055740
  • https://segmentfault.com/a/1190000010231628

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