优化页面访问速度 ——服务端优化

Posted 2021-03-25 zmdcomeon

优化页面访问速度（三）

——服务端优化

一、概述

服务端的优化，主要可以通过消息队列、减少数据库请求（缓存）、并发处理、页面静态化等方式处理。

二、消息队列

1、解决问题

消息队列（Message Queue，MQ）有许多不同的实现方式，可以用rabbitmq、activemq、rocketmq，也可以用任务分发系统gearman。

消息队列主要是解决消息的异步发送，即对于某个系统不需要关心的内容，只需要发布一个处理完毕的消息，带上一些参数，有需要的系统自行订阅。例如一些任务执行完成的回调函数，就可以用mq来实现异步回调。

2、处理方式

以rabbitmq为例。Rabbitmq的服务器，可以认为是消息的生产者和消费者的中转平台。生产者发布消息给rabbitmq服务器的交换机（exchange），发布的时候会定义一些路由规则（routing key）。Rabbitmq服务器根据路由规则，将消息从exchange转发到对应的队列（queue）中，再由消费者从queue中取消息，进行处理。如下图所示：

为了加快处理速度，防止队列的堆积，可以同时起多个消费者进程，用于消费队列的内容。

3、确保消费

Rabbitmq有重试机制，在没有发布成功时，会自动重试发送。当然，如果要确保消息被消费，可以设置类似TCP的三次握手方式，要求消费者完成消息的处理后，再发布一条消息，告知生产者。

生产者可以将发送的消息单独记录到数据库的一张表中，并且在接到消费者确认处理的消息后，把对应的数据置状态。

同时，可以编写一个crontab，定时来扫描这个表，将超过一定时间（如10分钟）未被置成功状态的记录，重新发布一次。

用单独的表来记录信息，好处在于，只要表中有数据，表明消息已经发布出去。这样当出现消息为被处理的问题的时候，易于确认是消息未发布还是消息接收处理存在问题。

当然，这要求消息接收方的处理方法是幂等的，即对同一条消息，无论接到多少次，只处理一次。

4、rabbitmq的routing key

Rabbitmq有好几种处理方式，如下：

1）广播

将消息发布到所有队列中，由消费者去接收感兴趣的消息，对于不感兴趣的消息直接丢弃。

2）direct

指定发送到某个队列中。

3）topic

采用正则的方式，将消息发布到某些队列中，例如a.*，发布到所有名为a.开头的队列。

三、缓存

1、解决问题

缓存的目的，主要在于减少对数据库的操作。数据库的请求，需要占用I/O资源，而缓存是存在内存中的，速度会快的多。

因此，对于频繁访问的数据，且实时性要求没那么高的，可以通过缓存来减少对数据库的压力。

另外，对于需要频繁修改数据的（如文章点击量）、短时间内大量访问的（秒杀系统），用缓存也是比较好的解决方案。

缓存常用的就是redis和memcache。

2、redis和memcache的区别

Memcache是纯粹的缓存，只有一种key-value形式的存储。

Redis功能更加强大，支持五种数据结构，包括string、list、hash、set、sorted-set，支持数据的持久化（AOF、快照），支持事务处理，支持哨兵监控，且可以临时突破内存限制（通过持久化的方式）。

3、key的设置方式

通常，用 方法名:id 的方式来作为key，这样比较方便来查找。

4、缓存会出现的问题

缓存会出现缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿。

1）缓存穿透

当大量查询不存在的key，由于正常情况下查询结果不存在的不会存到缓存中，这样会导致大量的查询绕过缓存直接查询数据库。

解决方案：对于数据库不存在的内容，也可以保存一小段时间随机的时间，如3分钟，这样可以避免绕过数据库的行为。

2）缓存雪崩

当所有的key都设置成同一个时间，会出现同一个时间所有key都过期，这样会发生一瞬间大量请求数据库的情况。

解决方案：对不同的key，设置一个随机的时间范围，比如4分58秒~5分3秒的过期时间，这样可以避免同一时间都过期。

3）缓存击穿

对于某个key，在一个很短的时间内并发大量访问，则所有的请求都绕过缓存去数据库取数据。

解决方案：可以设置互斥锁来解决问题。即请求缓存不存在的时候，先去访问互斥锁，redis的setnx、memcache的add 某个key。此时，请求数据库，并将请求结果存入缓存。

这样，下一个请求来的时候，由于存在互斥锁，key存在的时候无法添加，则表示数据被锁了，可以随机等待一个短暂的时间再请求锁，直到请求成功，再去访问一次缓存，通常此时缓存已经有内容了。如果还没有内容，可以再去请求数据库。

5、缓存过期策略——LRU

缓存内容太多，超过机器的内存时，需要一个策略剔除部分缓存内容，最常用的是LRU策略，即最近最少使用。

具体实现方式，是使用一个队列来维护缓存，当某个缓存被访问，则从队列底部去除，再添加到队列的头部，这样需要剔除的数据都是最久没有访问的数据。

存在问题：

当某个时间有大量的不同的key的访问，会把队列弄脏，造成需要的数据被剔除。

解决方案：

1）可以用两个队列，当数据访问一次放到第一个队列，再次访问挪到第二个队列去，然后LRU规则先清理第一个队列。

2）也可以用多个权重队列，把重要的内容、可能常访问的内容，都缓存到高级别的队列中去，把一些不怎么用的内容放到低级的队列中。

四、并发处理

php的并发处理，可以用swoole框架来解决，其可以控制并发消费内容。例如一个页面的展示，需要从几个不同的系统取数据，则可以异步取多个地方的数据，在最终汇总后一起处理。

Swoole框架我也不太熟，后面学习了再分享这部分内容。

五、页面静态化

nginx没有处理PHP的能力，遇到PHP文件都要转发给php-fpm来处理，而遇到html、js、css等，可以直接处理返回给浏览器。

因此，在没有实现前后端完全分离的页面，可以使用静态化的方式，将不常变动的内容，在第一次访问php文件的时候，将其转存为html文件，并且设定一个过期时间。

后面访问的时候，根据Linux文件创建的时间，判断是否过期，当未到过期时间，可以由Nginx直接取对应的html文件进行返回。