面试官：Node性能如何进行监控以及优化？

超、凢脫俗 2022-10-08 14:25 189阅读 0赞

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## 一、 是什么 ##

`Node`作为一门服务端语言，性能方面尤为重要，其衡量指标一般有如下：

*  CPU
 *  内存
 *  I/O
 *  网络

### CPU ###

主要分成了两部分：

*  CPU负载：在某个时间段内，占用以及等待CPU的进程总数
 *  CPU使用率：CPU时间占用状况，等于 1 - 空闲CPU时间(idle time) / CPU总时间

这两个指标都是用来评估系统当前CPU的繁忙程度的量化指标

`Node`应用一般不会消耗很多的`CPU`，如果`CPU`占用率高，则表明应用存在很多同步操作，导致异步任务回调被阻塞

### 内存指标 ###

内存是一个非常容易量化的指标。内存占用率是评判一个系统的内存瓶颈的常见指标。对于Node来说，内部内存堆栈的使用状态也是一个可以量化的指标

// /app/lib/memory.js
    const os = require('os');
    // 获取当前Node内存堆栈情况
    const { rss, heapUsed, heapTotal } = process.memoryUsage();
    // 获取系统空闲内存
    const sysFree = os.freemem();
    // 获取系统总内存
    const sysTotal = os.totalmem();
    
    module.exports = {
      memory: () => {
        return {
          sys: 1 - sysFree / sysTotal,  // 系统内存占用率
          heap: heapUsed / headTotal,   // Node堆内存占用率
          node: rss / sysTotal,         // Node占用系统内存的比例
        }
      }
    }

*  rss：表示node进程占用的内存总量。
 *  heapTotal：表示堆内存的总量。
 *  heapUsed：实际堆内存的使用量。
 *  external ：外部程序的内存使用量，包含Node核心的C++程序的内存使用量

在`Node`中，一个进程的最大内存容量为1.5GB。因此我们需要减少内存泄露

### 磁盘 I/O ###

硬盘的`IO` 开销是非常昂贵的，硬盘 IO 花费的 CPU 时钟周期是内存的 164000 倍

内存 `IO`比磁盘`IO` 快非常多，所以使用内存缓存数据是有效的优化方法。常用的工具如 `redis`、`memcached`等

并不是所有数据都需要缓存，访问频率高，生成代价比较高的才考虑是否缓存，也就是说影响你性能瓶颈的考虑去缓存，并且而且缓存还有缓存雪崩、缓存穿透等问题要解决

## 二、如何监控 ##

关于性能方面的监控，一般情况都需要借助工具来实现

这里采用`Easy-Monitor 2.0`，其是轻量级的 `Node.js` 项目内核性能监控 + 分析工具，在默认模式下，只需要在项目入口文件 `require` 一次，无需改动任何业务代码即可开启内核级别的性能监控分析

使用方法如下：

在你的项目入口文件中按照如下方式引入，当然请传入你的项目名称：

const easyMonitor = require('easy-monitor');
    easyMonitor('你的项目名称');

打开你的浏览器，访问 `http://localhost:12333` ，即可看到进程界面

关于定制化开发、通用配置项以及如何动态更新配置项详见官方文档

## 三、如何优化 ##

关于`Node`的性能优化的方式有：

*  使用最新版本Node.js
 *  正确使用流 Stream
 *  代码层面优化
 *  内存管理优化

### 使用最新版本Node.js ###

每个版本的性能提升主要来自于两个方面：

*  V8 的版本更新
 *  Node.js 内部代码的更新优化

### 正确使用流 Stream ###

在`Node`中，很多对象都实现了流，对于一个大文件可以通过流的形式发送，不需要将其完全读入内存

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);
    });

### 代码层面优化 ###

合并查询，将多次查询合并一次，减少数据库的查询次数

// bad
    for user_id in userIds 
         let account = user_account.findOne(user_id)
    
    // good
    const user_account_map = {}   // 注意这个对象将会消耗大量内存。
    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]

### 内存管理优化 ###

在 V8 中，主要将内存分为新生代和老生代两代：

*  新生代：对象的存活时间较短。新生对象或只经过一次垃圾回收的对象
 *  老生代：对象存活时间较长。经历过一次或多次垃圾回收的对象

若新生代内存空间不够，直接分配到老生代

通过减少内存占用，可以提高服务器的性能。如果有内存泄露，也会导致大量的对象存储到老生代中，服务器性能会大大降低

如下面情况：

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`的内存非常大，造成内存泄露，应当避免这样的操作，通过减少内存使用，是提高服务性能的手段之一

而节省内存最好的方式是使用池，其将频用、可复用对象存储起来，减少创建和销毁操作

例如有个图片请求接口，每次请求，都需要用到类。若每次都需要重新new这些类，并不是很合适，在大量请求时，频繁创建和销毁这些类，造成内存抖动

使用对象池的机制，对这种频繁需要创建和销毁的对象保存在一个对象池中。每次用到该对象时，就取对象池空闲的对象，并对它进行初始化操作，从而提高框架的性能

## 参考文献 ##

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

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