提升Web应用性能：从硬件到软件优化的全方位指南
随着网络经济的蓬勃发展，全球有超过5%的价值是在互联网上产生的。在这个快节奏、高期望的在线世界里，用户对Web应用的性能要求达到了前所未有的高度。如果你的网站响应迟缓，应用程序工作不流畅，用户可能会转而选择你的竞争对手。
亚马逊的一项十年前的研究显示，网页加载时间每减少100毫秒，收入就会增加1%。另一项最新研究指出，超过一半的网站会因为应用程序性能问题而流失用户。对于页面加载，每增加1秒钟就有4%的用户选择放弃。提高Web应用的性能至关重要。
如何提高效率并看到实际结果呢？这篇文章将为你提供10条最高可以提升网站性能的建议，这是系列介绍提高应用程序性能的第一篇文章。我们将深入探讨优化技术，并借助NGINX等工具来提高性能和安全性。
一、通过反向代理来提高性能和安全性
如果你的Web应用运行在单个机器上，提升性能的一种直观方法是使用更快的机器、更好的处理器、更多的内存等。但当你的应用需要访问数据库服务器时，解决方法是添加两个更快的机器，并通过更快的链路进行连接。
机器速度可能并不是问题的关键。Web程序运行缓慢经常是因为其在处理成千上万的连接、用户交互、文件访问、代码运行等任务时产生抖动。这时，你可以考虑添加一个反向代理服务器来分担部分任务。
反向代理服务器位于应用服务器和互联网之间，负责处理网络流量。通过添加一个反向代理服务器，你可以解放应用服务器，让它专注于为反向代理服务器构建网页。这样，应用服务器无需等待客户端的响应，可以接近优化后的性能水平运行。
反向代理服务器还可以带来其他好处。例如，它可以提高网站的灵活性，便于负载均衡和缓存静态文件。NGINX是一款专为反向代理而设计的软件，具有事件驱动的高效处理能力。使用NGINX可以提高网站的安全性，快速发现和响应攻击，保护应用服务器。
二、添加负载均衡
负载均衡是提高性能和网站安全性的另一种简单方法。与其扩大核心Web服务器的规模，不如使用负载均衡将流量分配到多个服务器。这样，即使应用程序存在性能问题，负载均衡也可以提高用户体验。
负载均衡服务器首先是反向代理服务器（如上述Tip 1所述）——它接受来自互联网的流量，然后将请求转发给其他服务器。通过添加负载均衡，你可以轻松扩展你的Web应用，而无需修改应用程序本身。这不仅可以提高性能，还可以增强网站的稳健性和安全性。负载均衡：提升性能的关键策略
负载均衡技术是现代高性能Web应用的核心组成部分。它通过分配算法将请求转发给不同的服务器，确保服务器之间的负载得到均衡分配。最简单的负载均衡方法是轮转法（round robin），每次新的请求都会被发送到服务器列表中的下一个服务器。还有其他方法如根据活动连接数量进行请求分配，以确保负载分散。NGINX Plus具备将特定用户会话分配给同一服务器的能力，提高了用户体验和性能。
负载均衡能有效提高性能的原因在于它能避免某些服务器过载而其他服务器却空闲的情况。当服务器负载分布均匀时，整体性能自然得到提升。负载均衡还能轻松扩展服务器规模。只需添加多个相对便宜的服务器，并通过负载均衡进行利用，即可大幅提升整体性能。
多种协议均可使用负载均衡技术，包括HTTP、HTTPS、SPDly、HTTP/2、WebSocket等，以及其他应用类型如基于TCP的程序。在选择负载均衡方案时，需要对Web应用进行深入分析，以确定最适合的方案并找出可能的性能瓶颈。负载均衡不仅仅限于特定的服务器或服务器群；它们也可以用于处理其他任务如SSL末端服务器等。
NGINX是一款常用的负载均衡器。对于想要了解更多关于负载均衡的信息的读者，可以下载我们的电子书以获取更多信息。在NGINX Plus的配置文档中，也提供了详细的负载均衡配置指导。我们的商业版本NGINX Plus支持更多高级负载均衡特性，如基于服务器响应时间的路由和基于Microsoft的NTLM协议的负载均衡等。
缓存是提高Web应用性能的关键手段之一。通过缓存技术，可以加速内容的传输速度并提高应用的响应速度。缓存策略包括预处理内容、将数据保存在高速设备上、在接近客户端的位置存储数据等。缓存技术可以针对静态内容和动态内容进行优化处理。静态内容如图像和代码可以保存在外围服务器上以快速访问；动态内容则可以通过简单的缓存来减少生成页面的数量。例如，如果每秒有10次页面请求，通过缓存这些页面中的大部分内容，可以直接从缓存中提取给大部分用户提供服务，从而减少服务器的负载压力。缓存技术还可以采用缩短数据与用户的网络距离、提高内容服务器的速度等方法来实现优化效果。最后通过将数据缓存在不同的机器上可以避免过载的服务器影响其他任务的执行速度从而提高缓存和非缓存资源的性能。通过使用NGINX和NGINX Plus的缓存机制指令可以实现高效的缓存管理策略以提高Web应用的性能和可用性。在实际应用中通过使用这些指令如proxy_cache_path和proxy_cache来指定缓存的位置大小以及文件的保存时间和其他参数以实现缓存的优化配置并通过使用proxy_cache_use_stale指令来提供旧内容以保持网站的可用性避免因服务器过载而导致的用户无法访问的情况出现从而大大提高网站的可用性和用户体验。NGINX Plus以其高级缓存特性引人注目，其中包括对缓存清除的支持以及在仪表盘上直观展示缓存状态信息的功能。想要深入了解NGINX的缓存机制，可以参考NGINX Plus管理员指南中的详细文档以及NGINX内容缓存板块。值得注意的是，这些缓存机制对于应用开发者、投资决策者以及系统运维人员来说都至关重要。从DevOps的角度来看，这些复杂的缓存机制能够满足应用开发者、架构师和运维人员对站点功能性、响应时间、安全性和商业结果等多方面的需求。
数据压缩是提高性能的一种强大方法。对于照片、视频和音乐等多媒体文件，已经存在一系列经过精心设计的高压缩率标准。对于HTML、CSS和JavaScript等文本数据，通常未经压缩就直接传输。智能的内容压缩能够显著减少HTML、JavaScript、CSS等文本内容对带宽的需求，通常可以减少30%甚至更多的带宽消耗和页面加载时间。对于使用SSL的网站来说，压缩可以有效减少需要进行SSL编码的数据量，从而节省CPU时间。在NGINX中启用GZIP压缩就是一种常见的压缩文本数据的方法。
优化SSL/TLS对于现代网站来说同样至关重要。安全套接字（SSL）协议及其下一代版本传输层安全（TLS）协议正在被越来越多的网站采用，以提高数据的安全性。虽然SSL/TLS的普及提高了网站的安全性，但同时也对速度产生了一定的影响。为了优化SSL/TLS的性能，有多种方法可以采用。例如，NGINX使用OpenSSL在普通硬件上提供了高效的传输性能，并提供了详细的文档来优化SSL/TLS数据的加解密过程，以降低CPU占用率。还可以通过会话缓冲、使用会话票据或ID以及OCSP分割等方法进一步提高SSL/TLS的性能。NGINX和NGINX Plus可以作为SSL/TLS服务端，处理客户端流量的加密和解密，同时以明文方式与其它服务器进行通信。
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关于设置NGINX和NGINX Plus作为SSL/TLS服务端的小贴士：HTTPS连接与加密的TCP连接
Tip 6: 使用HTTP/2或SPDYM提高性能
对于已经启用SSL/TLS的站点来说，HTTP/2和SPDYM能显著提升性能，因为它们仅需一次握手即可完成每个连接。对于尚未使用SSL/TLS的站点而言，从响应速度的角度来看，采用HTTP/2和SPDYM进行迁移至SSL/TLS将毫无压力。Google早在2012年就开始推荐使用SPDYM作为比HTTP/1.x更快的协议。HTTP/2协议是IETF通过的标准，基于SPDYM发展而来。尽管SPDYM已经得到广泛支持，但不久将被HTTP/2所取代。使用HTTP/2和SPDYM的关键在于用单一连接替代多路连接。这个单一连接被复用，可以同时携带多个请求和响应的分片。这避免了在像实现HTTP/1.x的浏览器中建立和管理多个连接的复杂性。单一连接对SSL特别有效，因为它可以最小化SSL/TLS建立安全链接时的握手时间。值得注意的是，虽然SPDYM协议需要使用SSL/TLS，但HTTP/2官方标准并不强制要求。目前所有支持HTTP/2的浏览器只有在启用了SSL/TLS的情况下才能使用它。当你的服务器支持SPDYM或HTTP/2时，你就可以省去一些常规的HTTP性能优化措施，如按域分割、资源聚合和图像拼合等。这将使你的代码和部署更加简洁、易于管理。作为支持这些协议的范例，NGINX从一开始就支持SPDYM，大多数使用SPDYM协议的网站都运行在NGINX服务器上。NGINX也对HTTP/2提供了早期支持，从2015年9月开始，开源版NGINX和NGINX Plus都支持HTTP/2协议。我们鼓励更多的站点启用SSL并迁移到HTTP/2，以提高安全性和性能，并探索新的优化方法。
关于临时端口与Web服务器性能调优的指南
在使用代理时，NGINX会自动为每个上游服务器创建临时端口。为了提高这些端口的范围和可用性，你可以调整网络配置。net.ipv4.ip_local_port_range的设置能够增加可用端口号，而减少非活动端口的超时判断则能复用端口，这一功能可通过调整net.ipv4.tcp_fin_timeout来实现，从而迅速提升流量处理能力。
对于NGINX服务器而言，为了更好地适应大规模网络流量而不超过工作极限，你需要对其进行性能调优。以下是关键的优化建议：
访问日志优化
避免每个请求都直接写日志到磁盘会影响性能。可以通过在内存缓存日志然后批量写回磁盘的方式提高效率。对于NGINX，你可以使用access_log指令，通过添加buffer=size参数让系统在缓存满时再写日志到磁盘。通过添加flush=time参数，可以定时批量写入。
缓存优化
启用缓存可以在内存中存放部分响应，提高与客户端的通信效率。当响应超出内存容量时，会转存到磁盘，这可能会降低效率。NGINX的proxy_buffer_size和proxy_buffers指令可以帮助你管理缓存。
客户端保活和上游保活
保活连接能减少开销，特别是在使用SSL/TLS时。对于NGINX，你可以增加keepalive_requests的默认值以提高最大连接数，并通过增加keepalive_timeout的值来允许保活连接更长时间存活，从而提高后续请求的处理速度。上游连接同样可以受益于连接保活，通过增加keepalive指令可以提高连接的复用次数。
限制设置
限制客户端使用的资源既能提高性能也能增强安全性。对于NGINX，limit_conn和limit_conn_zone指令用于限制给定来源的连接数量，而limit_rate则限制带宽。这些限制有助于防止合法用户过度消耗资源，同时也能抵御潜在攻击。对于上游服务器，你可以在upstream配置块的server指令中使用max_conns参数来限制到上游服务器的连接数，避免服务器过载。与之相关的queue指令会在连接数达到max_conn限制时创建队列以保存特定数量的请求。
工人进程管理
工人进程负责处理请求。NGINX采用事件驱动模型和操作系统特定机制来有效分配请求给不同的工人进程。建议将worker_processes设置为每个CPU一个，并根据需要调整worker_connections的最大值（默认512）。通过试验找到最适合你系统的值。
套接字分割
探索高性能Web应用的秘诀：NGINX性能优化指南
在现代Web应用中，性能优化是确保用户满意度的关键。那么，如何实现应用的十倍性能提升呢？让我们一起探讨NGINX性能调优的几种重要策略。
套接字分隔与线程池：打造高效通信和处理流程
套接字分隔技术为每个工人进程创建一个套接字监听器。当套接字监听器可用时，内核会分配连接给它。这不仅减少了锁竞争，而且充分利用了多核系统的优势。为了启用此功能，只需在`listen`指令中加上`reuseport`参数即可。通过线程池技术，我们可以将慢操作分配给不同的任务集，使主进程专注于快速操作。在NGINX中，read()系统调用和sendfile()操作就利用了这个机制。
调优技巧：逐步调整，测试性能
改变操作系统或服务设置时，最佳实践是每次只调整一个参数，并测试性能变化。如果出现问题或性能未得到提升，则恢复原状。详细的NGINX调优方法可以在“调优NGINX性能”一文中找到。
Tip 10: 主动监控，解决问题瓶颈
要提升系统效率，主动监控是关键。你需要通过特定的设备和web基础设施监控程序活动。监视活动可以帮助你及时发现各种问题，如服务器宕机、连接丢失、缓存未命中以及内容发送错误等。应用性能监控工具如New Relic和Dynatrace可以帮助你了解远程加载网页的时间，而NGINX可以让你监控应用交付端。NGINX Plus提供了应用感知健康度检查、会话过滤和慢启动等功能，帮助开发者快速发现问题并解决问题。
实现十倍性能提升的实际效果
这些性能优化方案对于任何web应用都是有效的。实际效果取决于你的预算、投入的时间以及当前实现的差距。如何为应用实现十倍性能提升呢？每个优化手段都有其潜在影响。例如，增加反向代理和负载均衡可以帮助避免性能低谷并提高任务分配效率。缓存动态和静态数据可以显著减少服务器负担。使用媒体文件压缩格式和优化SSL/TLS、采用HTTP/2和SPDY等协议都可以大大提高性能。虽然每个情况都不同，但根据这些指导原则，你可以了解每种方法的潜在影响并作出决策。
通过实施这些策略和优化手段，你将能够显著提升Web应用的性能，为用户提供更流畅、更高效的体验。【对Linux与Web服务器软件的极致调优】在追求应用性能的路上，每一步优化都至关重要。优化缓存机制，激活持久连接，以及为时间敏感任务分配不同的线程池，这些措施能够显著提升性能。例如，通过合理配置线程池，对磁盘敏感的任务处理速度甚至能提升一个数量级。
这些技术并非纸上谈兵，建议你亲自尝试，实际感受性能的提升。并欢迎你分享具体的性能提升案例。你能否感受到每一个优化带来的微小进步？请在评论区留下你的成果，或在标签NGINX和webperf下分享你的故事。让我们共同见证你的进步与成长。
【网上资源推荐】
深入了解互联网经济在G-20国家国内生产总值中所占份额的数据，请访问Statista.com。关于性能不佳对电子商务销售的影响，Load Impact网站给出了详细的分析。Kissmetrics提供了一项关于加载时间如何影响你的收益的数据可视化图表。Econsultancy分享了关于提高转化率的各种案例研究、建议和工具。如果你对这些内容感兴趣，不妨深入了解一番。
本文摘自： ，由Floyd Smith撰写，Ezio翻译，wxy校对。更多关于应用性能优化的精彩内容，可访问官方博客 了解更多。 |
