Node性能如何進行監控以及優化？

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一、是什麼 Node作為一門服務端語言，性能方面尤為重要，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，占用以及等待CPU的進程總數 CPU使用率：CPU時間占用狀況，等於 1 - 空閑CPU時間(idle time) / CPU總時間 ...

一、是什麼

Node作為一門服務端語言，性能方面尤為重要，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，占用以及等待CPU的進程總數
CPU使用率：CPU時間占用狀況，等於 1 - 空閑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占用率高，則表明應用存在很多同步操作，導致非同步任務回調被阻塞

記憶體指標

記憶體是一個非常容易量化的指標。記憶體占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，內部記憶體堆棧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記憶體堆棧情況
const { rss, heapUsed, heapTotal } = process.memoryUsage();
// 獲取系統空閑記憶體
const sysFree = os.freemem();
// 獲取系統總記憶體
const sysTotal = os.totalmem();

module.exports = {
  memory: () => {
    return {
      sys: 1 - sysFree / sysTotal,  // 系統記憶體占用率
      heap: heapUsed / headTotal,   // Node堆記憶體占用率
      node: rss / sysTotal,         // Node占用系統記憶體的比例
    }
  }
}

rss：表示node進程占用的記憶體總量。
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，一個進程的最大記憶體容量為1.5GB。因此我們需要減少記憶體泄露

磁碟 I/O

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

記憶體 IO比磁碟IO 快非常多，所以使用記憶體緩存數據是有效的優化方法。常用的工具如 redis、memcached等

並不是所有數據都需要緩存，訪問頻率高，生成代價比較高的才考慮是否緩存，也就是說影響你性能瓶頸的考慮去緩存，並且而且緩存還有緩存雪崩、緩存穿透等問題要解決

二、如何監控

關於性能方面的監控，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 項目內核性能監控 + 分析工具，在預設模式下，只需要在項目入口文件 require 一次，無需改動任何業務代碼即可開啟內核級別的性能監控分析

使用方法如下：

在你的項目入口文件中按照如下方式引入，當然請傳入你的項目名稱：

const easyMonitor = require('easy-monitor');
easyMonitor('你的項目名稱');

打開你的瀏覽器，訪問 http://localhost:12333 ，即可看到進程界面

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檔

三、如何優化

關於Node的性能優化的方式有：

使用最新版本Node.js
正確使用流 Stream
代碼層面優化
記憶體管理優化

使用最新版本Node.js

每個版本的性能提升主要來自於兩個方面：

V8 的版本更新
Node.js 內部代碼的更新優化

正確使用流 Stream

在Node中，很多對象都實現了流，對於一個大文件可以通過流的形式發送，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);
});

代碼層面優化

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 = {}   // 註意這個對象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]

記憶體管理優化

在 V8 中，主要將記憶體分為新生代和老生代兩代：

新生代：對象的存活時間較短。新生對象或只經過一次垃圾回收的對象
老生代：對象存活時間較長。經歷過一次或多次垃圾回收的對象

若新生代記憶體空間不夠，直接分配到老生代

通過減少記憶體占用，可以提高伺服器的性能。如果有記憶體泄露，也會導致大量的對象存儲到老生代中，伺服器性能會大大降低

如下麵情況：

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，造成記憶體泄露，應當避免這樣的操作，通過減少記憶體使用，是提高服務性能的手段之一

而節省記憶體最好的方式是使用池，其將頻用、可復用對象存儲起來，減少創建和銷毀操作

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，頻繁創建和銷毀這些類，造成記憶體抖動

使用對象池的機制，對這種頻繁需要創建和銷毀的對象保存在一個對象池中。每次用到該對象時，就取對象池空閑的對象，並對它進行初始化操作，從而提高框架的性能

參考文獻

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

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