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前言

這篇文章的主題是記錄一次程序的性能優(yōu)化，在優(yōu)化的過(guò)程中遇到的問(wèn)題套腹，以及如何去解決的窘行。

為大家提供一個(gè)優(yōu)化的思路僧须，首先要聲明的一點(diǎn)是，我的方式不是唯一的紫新，大家在性能優(yōu)化之路上遇到的問(wèn)題都絕對(duì)不止一個(gè)解決方案均蜜。

如何優(yōu)化

首先大家要明確的一點(diǎn)是，脫離需求談優(yōu)化都是耍流氓芒率。所以囤耳，有誰(shuí)跟你說(shuō)在 xx 機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了百萬(wàn)并發(fā)，基本上可以認(rèn)為是不懂裝懂了敲董，單純的并發(fā)數(shù)完全是無(wú)意義的。

其次慰安，我們優(yōu)化之前必須要有一個(gè)目標(biāo)腋寨。需要優(yōu)化到什么程度，沒(méi)有明確目標(biāo)的優(yōu)化是不可控的化焕。再然后萄窜，我們必須明確的找出性能瓶頸在哪里，而不能漫無(wú)目的的一通亂搞撒桨。

需求描述

這個(gè)項(xiàng)目是我在上家公司負(fù)責(zé)一個(gè)單獨(dú)的模塊查刻。本來(lái)是集成在主站代碼中的，后來(lái)因?yàn)椴l(fā)太大凤类，為了防止出現(xiàn)問(wèn)題后拖累主站服務(wù)穗泵，所有由我一個(gè)人負(fù)責(zé)拆分出來(lái)。

對(duì)這個(gè)模塊的拆分要求是谜疤，壓力測(cè)試 QPS 不能低于 3 萬(wàn)佃延，數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)不能超過(guò) 50%，服務(wù)器負(fù)載不能超過(guò) 70%夷磕，單次請(qǐng)求時(shí)長(zhǎng)不能超過(guò) 70ms履肃，錯(cuò)誤率不能超過(guò) 5%。

**環(huán)境的配置如下: **

• 服務(wù)器：4 核 8G 內(nèi)存坐桩，CentOS 7 系統(tǒng)尺棋，SSD 硬盤
• 數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL 5.7，最大連接數(shù) 800
• 緩存：Redis绵跷，1G容量膘螟。以上環(huán)境都是購(gòu)買自騰訊云的服務(wù)。
• 壓測(cè)工具：Locust碾局，使用騰訊的彈性伸縮實(shí)現(xiàn)分布式的壓測(cè)萍鲸。

需求描述如下：

1. 用戶進(jìn)入首頁(yè)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢是否有合適的彈窗配置擦俐。
2. 如果沒(méi)有脊阴，則繼續(xù)等待下一次請(qǐng)求、如果有合適的配置，則返回給前端嘿期。

這里開(kāi)始則有多個(gè)條件分支：

• 如果用戶點(diǎn)擊了彈窗品擎，則記錄用戶點(diǎn)擊，并且在配置的時(shí)間內(nèi)不再返回配置备徐；
• 如果用戶未點(diǎn)擊萄传，則24小時(shí)后繼續(xù)返回本次配置；
• 如果用戶點(diǎn)擊了蜜猾，但是后續(xù)沒(méi)有配置了秀菱，則接著等待下一次。

重點(diǎn)分析

根據(jù)需求蹭睡，我們知道了有幾個(gè)重要的點(diǎn)：

• 需要找出合適用戶的彈窗配置衍菱，
• 需要記錄用戶下一次返回配置的時(shí)間并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，
• 需要記錄用戶對(duì)返回的配置執(zhí)行了什么操作并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中肩豁。

調(diào)優(yōu)

圖片

將寫(xiě)庫(kù)操作放到一個(gè)先進(jìn)先出的消息隊(duì)列中來(lái)做停局。為了減少?gòu)?fù)雜度，使用了 Redis 的 list 來(lái)做這個(gè)消息隊(duì)列香府。
然后進(jìn)行壓測(cè)董栽，結(jié)果如下：

• QPS 在 6000 左右 502 錯(cuò)誤大幅上升至 30%；
• 服務(wù)器 CPU 在 60%-70% 之間來(lái)回跳動(dòng)企孩；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)被占滿 TCP 連接數(shù)為 6000 左右锭碳。

很明顯，問(wèn)題還是出在數(shù)據(jù)庫(kù)勿璃。經(jīng)過(guò)排查 SQL 語(yǔ)句擒抛，查詢到原因就是：找出合適用戶的配置操作時(shí)每次請(qǐng)求都要讀取數(shù)據(jù)庫(kù)所導(dǎo)致的連接數(shù)被用完推汽。因?yàn)槲覀兊?strong>連接數(shù)只有 800，一旦請(qǐng)求過(guò)多勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)瓶頸歧沪。好了歹撒，問(wèn)題找到了，我們繼續(xù)優(yōu)化诊胞。更新的架構(gòu)如下：

圖片

我們將全部的配置都加載到緩存中暖夭，只有在緩存中沒(méi)有配置的時(shí)候才會(huì)去讀取數(shù)據(jù)庫(kù)。
接下來(lái)我們?cè)俅螇簻y(cè)撵孤，結(jié)果如下：

• QPS 壓到 2 萬(wàn)左右的時(shí)候就上不去了迈着；
• 服務(wù)器 CPU 在 60%-80% 之間跳動(dòng)；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)為 300 個(gè)左右邪码，每秒 TCP 連接數(shù)為 1.5 萬(wàn)左右裕菠。

這個(gè)問(wèn)題是困擾我比較久的一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)槲覀兛梢钥吹较佳铮覀?2 萬(wàn)的 QPS糕韧，但是 TCP 連接數(shù)卻并沒(méi)有達(dá)到 2 萬(wàn)枫振。我猜測(cè)喻圃，TCP 連接數(shù)就是引發(fā)瓶頸的問(wèn)題，但是因?yàn)槭裁丛蛩l(fā)的暫時(shí)無(wú)法找出來(lái)粪滤。這個(gè)時(shí)候猜測(cè)斧拍，既然是無(wú)法建立 TCP 連接，是否有可能是服務(wù)器限制了 socket 連接數(shù)杖小。驗(yàn)證猜測(cè)肆汹，我們看一下，在終端輸入 ulimit -n 命令予权，顯示的結(jié)果為 65535昂勉。看到這里扫腺，覺(jué)得 socket 連接數(shù)并不是限制我們的原因岗照，為了驗(yàn)證猜測(cè)，將 socket 連接數(shù)調(diào)大為100001笆环。再次進(jìn)行壓測(cè)攒至，結(jié)果如下：

• QPS 壓到 2.2 萬(wàn)左右的時(shí)候就上不去了；
• 服務(wù)器 CPU 在 60%-80% 之間跳動(dòng)躁劣；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)為 300 個(gè)左右迫吐，每秒 TCP 連接數(shù)為 1.7 萬(wàn)左右。

雖然有一點(diǎn)提升账忘，但是并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的變化志膀。接下來(lái)的幾天時(shí)間熙宇，我發(fā)現(xiàn)都無(wú)法找到優(yōu)化的方案。那幾天確實(shí)很難受梧却，找不出來(lái)優(yōu)化的方案奇颠，過(guò)了幾天再次將問(wèn)題梳理了一遍，發(fā)現(xiàn)雖然 socket 連接數(shù)足夠放航，但是并沒(méi)有全部被用上烈拒。猜測(cè)每次請(qǐng)求過(guò)后，TCP 連接并沒(méi)有立即被釋放广鳍，導(dǎo)致 socket 無(wú)法重用荆几。經(jīng)過(guò)查找資料，找到了問(wèn)題所在：TCP 鏈接在經(jīng)過(guò)四次握手結(jié)束連接后并不會(huì)立即釋放赊时，而是處于 timewait 狀態(tài)吨铸。會(huì)等待一段時(shí)間，以防止客戶端后續(xù)的數(shù)據(jù)未被接收祖秒。好了诞吱，問(wèn)題找到了，我們要接著優(yōu)化竭缝。首先想到的就是調(diào)整 TCP 鏈接結(jié)束后等待時(shí)間房维。但是 Linux并沒(méi)有提供這一內(nèi)核參數(shù)的調(diào)整，如果要改必須要自己重新編譯內(nèi)核抬纸。幸好還有另一個(gè)參數(shù)net.ipv4.tcp_max_tw_buckets咙俩， timewait 的數(shù)量。默認(rèn)是 180000湿故。我們調(diào)整為6000阿趁。然后打開(kāi) timewait 快速回收和開(kāi)啟重用。完整的參數(shù)優(yōu)化如下:

#timewait 的數(shù)量坛猪，默認(rèn)是 180000脖阵。

<pre data-tool="mdnice編輯器" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; color: rgb(51, 51, 51); font-size: 17px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; background-color: rgb(255, 255, 255); white-space: normal; text-align: left;">我們?cè)俅螇簻y(cè)，結(jié)果顯示：
</pre>

• QPS 5萬(wàn)墅茉，服務(wù)器 CPU 70%命黔；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)連接正常，TCP 連接正常躁锁；
• 響應(yīng)時(shí)間平均為 60ms纷铣，錯(cuò)誤率為 0%。

結(jié)語(yǔ)

到此為止战转，整個(gè)服務(wù)的開(kāi)發(fā)搜立、調(diào)優(yōu)、和壓測(cè)就結(jié)束了槐秧∽挠唬回顧這一次調(diào)優(yōu)忧设，得到了很多經(jīng)驗(yàn)。最重要的是颠通，深刻理解了Web 開(kāi)發(fā)不是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體址晕，而是網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)顿锰、編程語(yǔ)言谨垃、操作系統(tǒng)等多門學(xué)科結(jié)合的工程實(shí)踐。這就要求 Web 開(kāi)發(fā)人員有牢固的基礎(chǔ)知識(shí)硼控，否則出現(xiàn)了問(wèn)題還不知道怎么分析查找刘陶。