舉一個(gè)例子，一份亞馬遜十年前做過(guò)的研究可以證明，甚至在那個(gè)時(shí)候，網(wǎng)頁(yè)加載時(shí)間每減少100毫秒，收入就會(huì)增加1%。另一個(gè)最近的研究特別強(qiáng)調(diào)一個(gè)事實(shí)，即超過(guò)一半的網(wǎng)站擁有者在調(diào)查中承認(rèn)它們會(huì)因?yàn)閼?yīng)用程序性能的問(wèn)題流失用戶(hù)。

網(wǎng)站到底需要多快呢？對(duì)于頁(yè)面加載，每增加1秒鐘就有4%的用戶(hù)放棄使用。頂級(jí)的電子商務(wù)站點(diǎn)的頁(yè)面在第一次交互時(shí)可以做到1秒到3秒加載時(shí)間，而這是提供最高舒適度的速度。很明顯這種利害關(guān)系對(duì)于 web 應(yīng)用來(lái)說(shuō)很高，而且在不斷的增加。

想要提高效率很簡(jiǎn)單，但是看到實(shí)際結(jié)果很難。為了在你的探索之旅上幫助到你，這篇文章會(huì)給你提供10條最高可以提升10倍網(wǎng)站性能的建議。這是一系列介紹提高應(yīng)用程序性能的第一篇文章，包括充分測(cè)試的優(yōu)化技術(shù)和一點(diǎn) NGINX 的幫助。這個(gè)系列也給出了潛在的提高安全性的幫助。

如果你的 web 應(yīng)用運(yùn)行在單個(gè)機(jī)器上，那么這個(gè)辦法會(huì)明顯的提升性能：只需要換一個(gè)更快的機(jī)器，更好的處理器，更多的內(nèi)存，更快的磁盤(pán)陣列，等等。然后新機(jī)器就可以更快 的運(yùn)行你的 WordPress 服務(wù)器, Node.js 程序, Java 程序，以及其它程序。（如果你的程序要訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，那么解決方法依然很簡(jiǎn)單：添加兩個(gè)更快的機(jī)器，以及在兩臺(tái)電腦之間使用一個(gè)更快的鏈路。）

問(wèn)題是，機(jī)器速度可能并不是問(wèn)題。web 程序運(yùn)行慢經(jīng)常是因?yàn)橛?jì)算機(jī)一直在不同的任務(wù)之間切換：通過(guò)成千上萬(wàn)的連接和用戶(hù)交互，從磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)文件，運(yùn)行代碼，等等。應(yīng)用服務(wù)器可能會(huì)抖動(dòng) thrashing-比如說(shuō)內(nèi)存不足、將內(nèi)存數(shù)據(jù)交換到磁盤(pán)，以及有多個(gè)請(qǐng)求要等待某個(gè)任務(wù)完成，如磁盤(pán)I/O。

你可以采取一個(gè)完全不同的方案來(lái)替代升級(jí)硬件：添加一個(gè)反向代理服務(wù)器來(lái)分擔(dān)部分任務(wù)。反向代理服務(wù)器位于運(yùn)行應(yīng)用的機(jī)器的前端，是用來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)流量的。只有反向代理服務(wù)器是直接連接到互聯(lián)網(wǎng)的；和應(yīng)用服務(wù)器的通訊都是通過(guò)一個(gè)快速的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)完成的。

使用反向代理服務(wù)器可以將應(yīng)用服務(wù)器從等待用戶(hù)與 web 程序交互解放出來(lái)，這樣應(yīng)用服務(wù)器就可以專(zhuān)注于為反向代理服務(wù)器構(gòu)建網(wǎng)頁(yè)，讓其能夠傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上。而應(yīng)用服務(wù)器就不需要等待客戶(hù)端的響應(yīng)，其運(yùn)行速度可以接近于優(yōu)化后的性能水平。

添加反向代理服務(wù)器還可以給你的 web 服務(wù)器安裝帶來(lái)靈活性。比如，一個(gè)某種類(lèi)型的服務(wù)器已經(jīng)超載了，那么就可以輕松的添加另一個(gè)相同的服務(wù)器；如果某個(gè)機(jī)器宕機(jī)了，也可以很容易替代一個(gè)新的。

因?yàn)榉聪虼韼?lái)的靈活性，所以反向代理也是一些性能加速功能的必要前提，比如：

1. 負(fù)載均衡 (參見(jiàn) Tip #2) – 負(fù)載均衡運(yùn)行在反向代理服務(wù)器上，用來(lái)將流量均衡分配給一批應(yīng)用。有了合適的負(fù)載均衡，你就可以添加應(yīng)用服務(wù)器而根本不用修改應(yīng)用。
2. 緩存靜態(tài)文件 (參見(jiàn) Tip #3) – 直接讀取的文件，比如圖片或者客戶(hù)端代碼，可以保存在反向代理服務(wù)器，然后直接發(fā)給客戶(hù)端，這樣就可以提高速度、分擔(dān)應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載，可以讓?xiě)?yīng)用運(yùn)行的更快。
3. 網(wǎng)站安全 – 反向代理服務(wù)器可以提高網(wǎng)站安全性，以及快速的發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)攻擊，保證應(yīng)用服務(wù)器處于被保護(hù)狀態(tài)。

NGINX 軟件為用作反向代理服務(wù)器而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，也包含了上述的多種功能。NGINX 使用事件驅(qū)動(dòng)的方式處理請(qǐng)求，這會(huì)比傳統(tǒng)的服務(wù)器更加有效率。NGINX plus 添加了更多高級(jí)的反向代理特性，比如應(yīng)用的健康度檢查，專(zhuān)門(mén)用來(lái)處理請(qǐng)求路由、高級(jí)緩沖和相關(guān)支持。

NGINX Worker Process helps increase application performance

添加一個(gè)負(fù)載均衡服務(wù)器 是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的用來(lái)提高性能和網(wǎng)站安全性的的方法。與其將核心 Web 服務(wù)器變得越來(lái)越大和越來(lái)越強(qiáng)，不如使用負(fù)載均衡將流量分配到多個(gè)服務(wù)器。即使程序?qū)懙牟缓?，或者在擴(kuò)容方面有困難，僅是使用負(fù)載均衡服務(wù)器就可以很好的提高用戶(hù)體驗(yàn)。

負(fù)載均衡服務(wù)器首先是一個(gè)反向代理服務(wù)器（參見(jiàn)Tip #1）——它接受來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的流量，然后轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求給另一個(gè)服務(wù)器。特別是負(fù)載均衡服務(wù)器支持兩個(gè)或多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器，使用分配算法將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給不同服務(wù)器。 最簡(jiǎn)單的負(fù)載均衡方法是輪轉(zhuǎn)法round robin，每個(gè)新的請(qǐng)求都會(huì)發(fā)給列表里的下一個(gè)服務(wù)器。其它的復(fù)制均衡方法包括將請(qǐng)求發(fā)給活動(dòng)連接最少的服務(wù)器。NGINX plus 擁有將特定用戶(hù)的會(huì)話(huà)分配給同一個(gè)服務(wù)器的能力。

負(fù)載均衡可以很好的提高性能是因?yàn)樗梢员苊饽硞€(gè)服務(wù)器過(guò)載而另一些服務(wù)器卻沒(méi)有需要處理的流量。它也可以簡(jiǎn)單的擴(kuò)展服務(wù)器規(guī)模，因?yàn)槟憧梢蕴砑佣鄠€(gè)價(jià)格相對(duì)便宜的服務(wù)器并且保證它們被充分利用了。

可以進(jìn)行負(fù)載均衡的協(xié)議包括 HTTP、HTTPS、SPDY、HTTP/2、WebSocket、FastCGI、SCGI、uwsgi、 memcached 等，以及幾種其它的應(yīng)用類(lèi)型，包括基于 TCP 的應(yīng)用和其它的第4層協(xié)議的程序。分析你的 web 應(yīng)用來(lái)決定你要使用哪些以及哪些地方性能不足。

相同的服務(wù)器或服務(wù)器群可以被用來(lái)進(jìn)行負(fù)載均衡，也可以用來(lái)處理其它的任務(wù)，如 SSL 末端服務(wù)器，支持客戶(hù)端的 HTTP/1.x 和 HTTP/2 請(qǐng)求，以及緩存靜態(tài)文件。

緩存可以通過(guò)加速內(nèi)容的傳輸速度來(lái)提高 web 應(yīng)用的性能。它可以采用以下幾種策略：當(dāng)需要的時(shí)候預(yù)處理要傳輸?shù)膬?nèi)容，保存數(shù)據(jù)到速度更快的設(shè)備，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在距離客戶(hù)端更近的位置，或者將這幾種方法結(jié)合起來(lái)使用。

有兩種不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的緩存：

1. 靜態(tài)內(nèi)容緩存。不經(jīng)常變化的文件，比如圖像(JPEG、PNG) 和代碼(CSS,JavaScript)，可以保存在外圍服務(wù)器上，這樣就可以快速的從內(nèi)存和磁盤(pán)上提取。
2. 動(dòng)態(tài)內(nèi)容緩存。很多 web 應(yīng)用會(huì)針對(duì)每次網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求生成一個(gè)新的 HTML 頁(yè)面。在短時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單的緩存生成的 HTML 內(nèi)容，就可以很好的減少要生成的內(nèi)容的數(shù)量，而且這些頁(yè)面足夠新，可以滿(mǎn)足你的需要。

舉個(gè)例子，如果一個(gè)頁(yè)面每秒會(huì)被瀏覽10次，你將它緩存 1 秒，90%請(qǐng)求的頁(yè)面都會(huì)直接從緩存提取。如果你分開(kāi)緩存靜態(tài)內(nèi)容，甚至新生成的頁(yè)面可能都是由這些緩存構(gòu)成的。

下面由是 web 應(yīng)用發(fā)明的三種主要的緩存技術(shù)：

1. 縮短數(shù)據(jù)與用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)距離。把一份內(nèi)容的拷貝放的離用戶(hù)更近的節(jié)點(diǎn)來(lái)減少傳輸時(shí)間。
2. 提高內(nèi)容服務(wù)器的速度。內(nèi)容可以保存在一個(gè)更快的服務(wù)器上來(lái)減少提取文件的時(shí)間。
3. 從過(guò)載服務(wù)器上移走數(shù)據(jù)。機(jī)器經(jīng)常因?yàn)橐瓿赡承┢渌娜蝿?wù)而造成某個(gè)任務(wù)的執(zhí)行速度比測(cè)試結(jié)果要差。將數(shù)據(jù)緩存在不同的機(jī)器上可以提高緩存資源和非緩存資源的性能，而這是因?yàn)橹鳈C(jī)沒(méi)有被過(guò)度使用。

對(duì) web 應(yīng)用的緩存機(jī)制可以在 web 應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。首先，緩存動(dòng)態(tài)內(nèi)容是用來(lái)減少應(yīng)用服務(wù)器加載動(dòng)態(tài)內(nèi)容的時(shí)間。其次，緩存靜態(tài)內(nèi)容（包括動(dòng)態(tài)內(nèi)容的臨時(shí)拷貝）是為了更進(jìn)一步的分擔(dān)應(yīng) 用服務(wù)器的負(fù)載。而且緩存之后會(huì)從應(yīng)用服務(wù)器轉(zhuǎn)移到對(duì)用戶(hù)而言更快、更近的機(jī)器，從而減少應(yīng)用服務(wù)器的壓力，減少提取數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間。

改進(jìn)過(guò)的緩存方案可以極大的提高應(yīng)用的速度。對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)頁(yè)來(lái)說(shuō)，靜態(tài)數(shù)據(jù)，比如大圖像文件，構(gòu)成了超過(guò)一半的內(nèi)容。如果沒(méi)有緩存，那么這可能會(huì)花費(fèi)幾秒的時(shí)間來(lái)提取和傳輸這類(lèi)數(shù)據(jù)，但是采用了緩存之后不到1秒就可以完成。

舉一個(gè)在實(shí)際中緩存是如何使用的例子， NGINX 和 NGINX Plus 使用了兩條指令來(lái)設(shè)置緩存機(jī)制：proxy_cache_path 和 proxy_cache。你可以指定緩存的位置和大小、文件在緩存中保存的最長(zhǎng)時(shí)間和其它一些參數(shù)。使用第三條（而且是相當(dāng)受歡迎的一條）指令 proxy_cache_use_stale，如果提供新鮮內(nèi)容的服務(wù)器忙碌或者掛掉了，你甚至可以讓緩存提供較舊的內(nèi)容，這樣客戶(hù)端就不會(huì)一無(wú)所得。從用戶(hù)的角度來(lái)看這可以很好的提高你的網(wǎng)站或者應(yīng)用的可用時(shí)間。

NGINX plus 有個(gè)高級(jí)緩存特性，包括對(duì)緩存清除的支持和在儀表盤(pán)上顯示緩存狀態(tài)信息。

要想獲得更多關(guān)于 NGINX 的緩存機(jī)制的信息可以瀏覽 NGINX Plus 管理員指南中的《參考文檔》和《NGINX 內(nèi)容緩存》。

注意：緩存機(jī)制分布于應(yīng)用開(kāi)發(fā)者、投資決策者以及實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)維人員之間。本文提到的一些復(fù)雜的緩存機(jī)制從 DevOps 的角度來(lái)看很具有價(jià)值，即對(duì)集應(yīng)用開(kāi)發(fā)者、架構(gòu)師以及運(yùn)維操作人員的功能為一體的工程師來(lái)說(shuō)可以滿(mǎn)足它們對(duì)站點(diǎn)功能性、響應(yīng)時(shí)間、安全性和商業(yè)結(jié)果（如完 成的交易數(shù)）等需要。