【性能优化的原则】

性能优化是建立在对业务的理解之上的

性能优化与架构、业务相辅相成、密不可分的

【性能优化的引入】

从上到下从用户的浏览器到最后的数据库，那么我们说先前端的优化。

【前端优化】

减少 http 请求数

    图片、css、script等等这些都会增加http请求数，减少这些元素的数量就能减少响应时间。 把多个JS、CSS在可能的情况下写进一个文件，页面里直接写入图片也是不好的做法，应该写进CSS里，小图拼合后利用 background 来定位。

    现在很多 icon 都是直接做成字体，矢量高清，也减少网络请求数

    现在的前端框架都会通过组件的方式开发，最后打包生成一个 js 或者 两个 js 文件 + 一个 css 或者两个 css 文件。

利用浏览器缓存

    expires, cache-control, last-modified, etag防止缓存，比如资源更新了，原来的做法是?v=xxxx 现在前端的打包工作可以能会生成 /v1.2.0/xxx.js

使用分布式存储前端资源

    接地气利用 cdn 存储前端资源

多域名访问资源

    ·    原因一：浏览器对同一域名的并行请求数有上限，多个域名则支持更多并行请求

    ·    原因二：使用同一域名的时候无用的 cookie 简直是噩梦

数据压缩

    开启gzip

    前端资源本身的压缩，js/css 打包编译（去掉空格，语意简化）图片资源的压缩等。

优化首屏展示速度

    资源的按需加载，延时加载

    图片的懒加载，淘宝的商品介绍太多图，用户点击进来又有多少人一直往下看图的呢？

【nginx 优化】

nginx 本身配置的优化:

    worker_processes auto 设置多少子进程

    workercpuaffinity 亲缘性绑定

    workerrlimitnofile 65535 worker 进程打开的文件描述符的最大数

    worker_connections 65535 子进程最多处理的连接数

    epoll 多路复用

    sendfile on 是对文件I/O的系统调用的一个优化，系统api

    如果是反向代理web服务器，需要配置fastcgi相关的参数

    数据返回开启gzip压缩

    静态资源使用 http 缓存协议

    开启长连接 keepalive_timeout

fastcgi_connect_timeout 300;
fastcgi_send_timeout 300;
fastcgi_read_timeout 300;
fastcgi_buffer_size 64k;
fastcgi_buffers 4 64k;
fastcgi_busy_buffers_size 128k;
fastcgi_temp_file_write_size 256k;
gzip on;
gzip_min_length 1k;
gzip_buffers 4 16k;
gzip_http_version 1.0;
gzip_comp_level 2;
gzip_types text/plain application/x-javascript text/css application/xml text/javascript application/json;
gzip_vary on;
gzip_proxiedexpired no-cache no-store private auth;
gzip_disable"MSIE [1-6]\.";

location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)$
{
    expires 30d;
}

tcp/ip 网络协议配置的优化

    /proc/sys/net/ipv4/tcptwrecycle 1 开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收,保证tcp_timestamps = 1

    /proc/sys/net/ipv4/tcptwreuse 1 允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接 https://mengkang.net/564.html

    /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies 0 是否需要关闭洪水抵御 看自己业务，比如秒杀，肯定需要关闭了

    /proc/sys/net/ipv4/tcpmaxtw_buckets 180000 否则经常出现 time wait bucket table overflow

    tcp_nodelay on 小文件快速返回，我之前通过网络挂载磁盘出现找不到的情况

    tcp_nopush on

系统的配置优化

除了上面的网络协议配置也是在系统基础之外，为了配合nginx自己里面的设定需要做如下修改

    /proc/sys/net/core/somaxconn 65535

    ulimit -a 65535

【php 优化】

升级到 php7

    注意有很多函数和扩展被废弃，比如mysql相关的，有风险，做好测试再切换。

opcode 缓存

php 5.5 之后好像就内置了吧，需要在php.ini里添加如下配置

opcache.revalidate_freq=60
opcache.validate_timestamps=1
opcache.max_accelerated_files=1000
opcache.memory_consumption=512
opcache.interned_strings_buffer=16
opcache.fast_shutdown=1

    opcache.revalidate_freq 这个选项用于设置缓存的过期时间（单位是秒），当这个时间达到后，opcache会检查你的代码是否改变，如果改变了PHP会重新编译它，生成新的opcode，并且更新缓存。

    opcache.validatetimestamps 当这个选项被启用（设置为1），PHP会在opcache.revalidatefreq设置的时间到达后检测文件的时间戳（timestamp）。

    opcache.maxacceleratedfiles 这个选项用于控制内存中最多可以缓存多少个PHP文件。

    opcache.memory_consumption 你可以通过调用opcachegetstatus()来获取opcache使用的内存的总量

    opcache.internedstringsbuffer 字符串opcache的复用，单位为MB

    opcache.fast_shutdown=1 开启快速停止续发事件，依赖于Zend引擎的内存管理模块

PHP7 Hugepage 的作用：

间接提高虚拟地址和内存地址转换过程中查表的TLB缓存命中率

opcache.huge_code_pages=1

代码伪编译

    以thinkphp为例，它会把框架基础组件（必须用到的组件）合并压缩到一个文件中，不仅减少了文件目录查找，文件打开的系统调用。

xhprof 查找性能瓶颈

    XHProf是facebook 开发的一个测试php性能的扩展

【业务优化】

非侵入式扩展开发

    比如原来有一个model，叫问答，现在需要开发一个有奖问答，需要支持话题打赏，里面多了很多功能。这个时候应该利用面向对象的继承的特性。而不是做下面的开发

异步思想例：

        处理邮件发送。

        gearman 图片裁剪。

        页面上 ajax 加载动态数据。

        图片的懒加载，双击图片看大图。

        sf 上通过websocket 通知你有新的消息，但是并没有告诉你有什消息，点击消息图标才会去异步请求具体的消息。

    这些都是异步的思想。能分步走就分步走，能不能请求的就不请求。

静态化

    专题页面，比如秒杀页面，为了应对更大的流量、并发。而且更新起来也比较方便。

业务解耦

    比如刚刚上面说的专题页面，还有必要走整个框架的一套流程吗？进来引用一大堆的文件，初始化一大堆的东西？是不是特别低效呢？所以需要业务解耦，专题页面如果真要框架（可以首次访问之后生成静态页面）也应该是足够轻量级的。不能与传统业务混为一谈。

分布式以及 soa

    说业务优化，真的不得不提架构方面的东西，业务解耦之后，就有了分布式和soa，因为这在[上次分享][8]中已经都说过了，就不多说了。 只说下 soa 自定义 socket 传输协议。

最重要的就是在自定义头里面强调 body_len，注意设置为紧凑型，才能保证跨平台性。

【Mysql 优化】

表设计 - 拥抱 innodb

    现在大多数情况都会使用innodb类型了。具体原因是 mysql 专家给的意见。 我自己对 mysql 的优化不了解，每一个细分领域都是一片汪洋，每个人的时间精力是有限的，所以大家也不用什么都非要深入去研究，往往是一些计算机基础更为重要。

表设计 - 主键索引

    ·    innodb 需要一个主键，主键不要有业务用途，不要修改主键。

    ·    主键最好保持顺序递增，随机主键会导致聚簇索引树频繁分裂，随机I/O增多，数据离散，性能下降。

    举例： 之前项目里有些索引是 article_id + tag_id 联合做的主键，那么这种情况下，就是业务了属性了。主键也不是顺序递增，每插入新的数据都有可能导致很大的索引变动（了解下数据库b+索引的原理）

表设计 - 字段选择

    能选短整型，不选长整型。比如一篇文章的状态值，不可能有超过100种吧，不过怎么扩展，没必要用int了。

    能选 char 就避免 varchar，比如图片资源都有一个hashcode，固定长度20位，那么就可以选char了。

    当使用 varchar 的时候，长度够用就行，不要滥用。

    大文本单独分离，比如文章的详情，单独出一张表。其他基本信息放在一张表里，然后关联起来。

    冗余字段的使用，比如文章的详情字段，增加一个文章markdown解析之后的字段。

索引优化

    大多数情况下，索引扫描要比全表扫描更快，性能更好。但也不是绝对的，比如需要查找的数据占了整个数据表的很大比例，反而使用索引更慢了。

    ·    没有索引的更新，可能会导致全表数据都被锁住。所以更新的时候要根据索引来做。

    ·    联合索引的使用

    ·    explain 的使用

    联合索引“最左前缀”，查询优化器还会帮你调整条件表达式的顺序，以匹配组合索引的要求。

CREATE TABLE `test` (
 `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `a` int(10) unsigned NOT NULL,
 `b` int(10) unsigned NOT NULL,
 `c` int(10) unsigned NOT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`),
 KEY `index_abc` (`a`,`b`,`c`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

能使用到索引

explain select * from test where a=1;
explain select * from test where a=1 and b=2;
explain select * from test where a=1 and b=2 and c=3;
explain select * from test where a=1 and b in (2,3) and c=3;
explain select * from test where a=1 and b=2 order by c desc;

不能使用到索引

explain select * from test where a=1 and b in (2,3) order by c desc;
explain select * from test where b=2;

很重要的参数 type, key, extra

type 最常见的

system > const > eqref > ref > fulltext > refornull > indexmerge > uniquesubquery > indexsubquery > range > index > ALL

extra

    如果有 Usingfilesort或者 Usingtemporary的话,就必须要优化了

收集慢查询

    my.ini 配置里增加

long_query_time=2
log-slow-queries=/data/var/mysql_slow.log

使用 nosql

    redis 丰富的数据类型，非常适合配合mysql 做一些关系型的查询。比如一个非常复杂的查询列表可以将其插入zset 做排序列表，然后具体的信息，通过zset里面的纸去mysql 里面去查询。

【缓存优化】

多级缓存

    请求内缓存 static 变量存储，比如朋友圈信息流，在一次性获取20条信息的时候，有可能，点赞的人里面20条里面有30个人是重复的，他们点赞你的a图片也点赞了你的b图片，所以这时，如果能使用static数组来存放这些用户的基本信息就高效了些。

    本地缓存 请求结束了，下拉更新朋友圈，里面又出现了上面的同样的好友，还得重新请求一次。所以本地常驻内存的缓存就更高效了。

    分布式缓存 在A服务器上已经查询过了，在下拉更新的时候被分配到B服务器上了，难道同样的数据再查一次再存到B服务器的本地缓存里面吗，弄一个分布式缓存吧，这样防止了重复查询。但是多了网络请求这一步。

很多时候是三者共存的。

避免缓存的滥用

    用户积分更新

    ·    比如用户的基本信息和积分混在一起，当用户登录的时候赠送积分。则需要更新用户的积分，这个时候更新整个用户的基本信息缓存么？

    ·    所以这里也可以运用下面 hashes 分片的原则去更新

    礼物和主题绑定缓存 为了取数据方便把多个数据源混合缓存了，这种情况，相比大家可能都见过，这是灾难性的设计。

    如果需要更新礼物的图片，那么所有用到过这个礼物的话题的缓存都要更新。

redis 优化

    ·    多实例化，更高效地利用服务器 cpu

    ·    内存优化，

    ·    尽可能的使用 hashes ，时间复杂度低，查询效率高。同时还节约内存。Instagram 最开始用string来存 图片id=>uid的关系数据，用了21g，后来改为水平分割，图片id 1000 取模，然后将分片的数据存在一个hashse 里面，这样最后的内容减少了5g，四分之一基本上。

    每一段使用一个Hash结构存储，由于Hash结构会在单个Hash元素在不足一定数量时进行压缩存储，所以可以大量节约内存。这一点在String结构里是不存在的。而这个一定数量是由配置文件中的hash-zipmap-max-entries参数来控制的。

【服务器认知的提升】

下面的内容，只能是让大家有一个大概的认识，了解一个优化的方向，具体的内容需要系统学习很多很多的知识。

多进程的优势

    多进程有利于 CPU 计算和 I/O 操作的重叠利用。一个进程消耗的绝大部分时间都是在磁盘I/O和网络I/O中。 如果是单进程时cpu大量的时间都在等待I/O，所以我们需要使用多进程。

减少上下文切换

    为了让所有的进程轮流使用系统资源，进程调度器在必要的时候挂起正在运行的进程，同时恢复以前挂起的某个进程。这个就是我们常说的“上下文切换”。

    无限制增加进程数，则会增多 cpu 在各个进程间切换的次数。 如果我们希望服务器支持较大的并发数，那么久要尽量减少上下文切换的次数，比如在nginx服务上nginx的子进程数不要超过cpu的核数。 我们可以在压测的时候通过 vmstat, nmon来监控系统上下文切换的次数。

IOwait 不一定是 I/O 繁忙

    一般情况下IOwait代表I/O操作的时间占（I/O操作的时间 + I/O和CPU时间）的比例。 但是也时候也不准，比如nginx来作为web服务器，当我们开启很多nginx子进程，IOwait会很高，当再减少进程数到cpu核数附近时，IOwait会减少，监控网络流量会发现也增加。

多路复用 I/O 的使用

    只要是提供 socket服务，就可以利用多路复用 I/O 模型。

减少系统调用

    strace 非常方便统计系统调用

通过 strace查看“系统调用时间”和“调用次数”来定位问题。在Strace中和操作花费时间相关的选项有两个，分别是「-r」和「-T」，它们的差别是「-r」表示相对时间，而「-T」表示绝对时间。简单统计可以用「-r」，但是需要注意的是在多任务背景下，CPU随时可能会被切换出去做别的事情，所以相对时间不一定准确，此时最好使用「-T」