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一篇文章带你了解Node.js的性能指标

前言

对于我们前端工程师来说,掌握Node.js应用开发是我们走上资深/专家的一条必经之路。此外Node.js是一门服务端语言,我们不仅要能够完成开发任务,而且更应该要关注服务器性能。

本文就针对Node.js的基础和性能指标做一些初步的介绍👉。

应用场景

在介绍NodeJS性能指标之前呢,我们先来看看它的应用场景,针对不同的应用场景,所要关注的性能指标是有所不同的。

  1. BFF中间层,接口的代理,充当网关层

  2. 开发构建工具gulpwebpack基于Node.js

  3. 桌面应用程序Electron和Node.js结合

  4. SSR服务端渲染

Node.js如果是用于前端SSR的话,那么CPU网络就会成为主要的性能瓶颈

如果使用NodeJS来进行数据持久化相关的工作,那么I/O磁盘会有很高的占用率;

而在大多数场景下,CPU内存以及网络可以说是Node的主要性能瓶颈。

优缺点

  • node.js容错,性能不是很好

  • node.js操作数据库不专业

  • node.js处理异步io强

  • io密集型,不适合cpu密集型

事件循环(libuv)

这里引用官网的一张图,展示了事件循环操作顺序的简化概览

image.png

阶段描述

  • 定时器:本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
  • 待定回调:执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
  • idle, prepare:仅系统内部使用。
  • 轮询:检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调(几乎所有情况下,除了关闭的回调函数,那些由计时器和 setImmediate() 调度的之外),其余情况 node 将在适当的时候在此阻塞。
  • 检测setImmediate() 回调函数在这里执行。
  • 关闭的回调函数:一些关闭的回调函数,如:socket.on('close', ...)

V8 GC机制

我们知道Node.js® 是一个基于 Chrome V8 引擎 的 JavaScript 运行时环境,同时它又是单线程的。

其中 V8内存 分为新生代和老生代 :

新生代:采用from空间->to空间内存回收scavenge算法

老生代:采用引用标记、碎片整理的形式进行内存回收

如果GC时间过长,会导致js线程阻塞,影响服务性能。内存使用不当,则会造成内存溢出。了解了以上Node.js的基础知识之后,我们再来看性能指标

性能指标

我们从系统层面和Node.js进程层面进行一个性能指标描述

系统层面

针对服务器(物理机虚拟机Docker 等)级别,提供如下监控指标:

  • 内存使用

  • CPU 使用率

  • 系统负载,使用中进程/等待进行的进程数

  • 系统 QPS

  • 硬性性能指标

  • 磁盘使用率

  • GC 统计

  • ……

进程层面

针对每个 Node.js 进程,提供如下监控指标:

  • 堆内(total 和 used)和堆外内存统计

  • 堆内各个内存空间占用内存统计

  • 垃圾回收(GC)占整个进程运行时间比例

  • QPS

  • 按 1s、15s、30s、60s 的 CPU 统计

  • libuv 句柄,定时器统计

  • ……

如何获取

针对上面讲到的性能指标,我们该如何获取呢?

系统层面

系统层面的指标可以通过以下两种方式获取

  1. os模块
const os = requie('os')
复制代码

代码示例

carbon (6).png

执行结果

carbon (9).png

  1. top和iostat命令查看内存和硬盘使用

top [参数]

image.png

iostat[参数]

image.png

内存使用情况

//该方法返回 Node.js 进程的内存使用情况的对象
process.memoryUsage()
复制代码

代码示例

carbon (2).png

执行结果:

{
  rss: 4935680,
  heapTotal: 1826816,
  heapUsed: 650472,
  external: 49879
}
复制代码

名词解释:

rss 是驻留集大小, 是给这个进程分配了多少物理内存(占总分配内存的一部分)

一般这个指标上升,可能会发生内存泄漏

heapTotal 和 heapUsed 代表 V8 的内存使用情况。

external 代表 V8 管理的,绑定到 Javascript 的 C++ 对象的内存使用情况。

CPU profile

一般来说,如果涉及到内存泄漏的,可以抓取 堆快照,那如果是 CPU 异常飙高的,可以抓取 CPU Profile

可通过以下两种方式进行获取:

carbon (3).png

GC trace

V8提供了很多node.js程序启动的参数选项,通过以下实例代码的方式可以获取到GC日志的信息

carbon (10).png

node --trace_gc的执行结果

可以看到V8对于新老内存采用不同的GC过程

carbon (11).png

内存快照

carbon (5).png

如果使用 node-inspector 的话,快照中会有前端的变量干扰。推荐使用 heapdump 用来保存内存快照,使用 devtool 来查看内存快照。使用 heapdump 保存内存快照时,只会有 Node.js 环境中的对象,不会受到干扰。后面会介绍heapdump的使用

压力测试

项目上线前是要进行压力测试的,通过压力测试来寻找是否存在内存泄漏

压测工具:ab测试(ApacheBench)、autocannon

下面展示了使用ab功能进行压力测试的结果

carbon.png

上述运行结果可以看到

我们的一个QPS:4301.28/sec

每个请求的平均时长:23ms

传输率:617.47kb/s

内存泄漏

Node.js相对比较专业的后端语言Java、PHP等,一些基础的建设相对是不够完善的。加上单线程的特点,在大型的应用当中,很容易引起服务器或者Node.js进程的性能瓶颈。

引起node内存泄漏通常有以下三种情况:

  • node v8本身内存大小的限制:64 位系统约为 1.4GB,32 位系统约为 0.7GB。

  • 程序使用不当:全局变量引用、闭包使用不当、事件监听未销毁

  • 大文件应用:应该使用buffer操作,buffer不占用v8内存

那如何去排查内存泄漏呢?可以通过以下工具使用

工具使用

一. heapdump:生成内存快照 + chrome面板分析

需要注意的是,打印内存快照是很耗 CPU 的操作,可能会对线上业务造成影响。

引入

const heapdump = require('heapdump')
复制代码

获取

方式一:命令 kill -USR2 <pid>

carbon (4).png

方式二:调用writeSnapshot

heapdump.writeSnapshot('./' + Date.now() + '.heapsnapshot');
复制代码

chrome面板分析

image.png

二. alinode

阿里云也提供了Nodejs应用的性能平台alinode,可以很方便、全面的为我们收集性能指标数据,同时以可视化图表的方式,更加的直观。接入alinode可参考 5分钟快速入门

以下是部分采集数据图表展示

image.png

一些指标描述

Memory

  • memory_sys:系统内存使用百分比。
  • memory_node: 所有 Node.js 进程内存使用之和占系统内存的百分比。

CPU

  • cpu_sys:系统 CPU 使用百分比。
  • cpu_node:所有 Node.js 进程 CPU 使用百分比之和。

Load

  • load1:1分钟内平均 Load。

  • load5:5分钟内平均 Load。

  • load15:15分钟内平均 Load。

  • 下面是一些 Load 的参考信息 (Load 已经归一化处理,如果是 N 核 CPU,那么相应 Load * N):

    • 0.7 < Load < 1:不错的状态,有新任务也可以及时处理;
    • Load = 1:即将有任务需要额外的等待时间才能被处理,需要引起关注;
    • Load > 5:任务需要等待时间很长,需要干预处理。
    • 通常先看 load15,如果很高,再看 load1 和 load5,看是否有下降趋势,短时间内 load1 大于 1,不用担心,如果长时间 Load 较高,需要引起关注。

QPS

该实例所有 Node.js 进程每秒钟处理的 HTTP 请求数之和。

GC

  • gc_avg:所有 Node.js 进程垃圾回收时间占比平均值。
  • gc_max:每分钟内垃圾回收时间最多的 Node.js 进程的垃圾回收时间占比。

三. 开源Easy-Monitor

企业级 Node.js 应用性能监控与线上故障定位解决方案。

Easy-Monitor是一款轻量级的Node性能监控工具。快速入口

我们也可以给予它的基础之上去搭建部署一套自己内部的性能平台。

总结

以上是我关于Node.js性能指标以及获取的简单介绍,更多的是对包含性能点的一个整体上的介绍,那针对每个性能指标我们都可以去再做更深入的研究。希望这篇文章能够帮助你,同时也感谢你的阅读,期待再见~

参考

Node.js 性能平台
如何分析 Node.js 中的内存泄漏
本文示例代码

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前端