寫在前頭
靜態化是解決減輕網站壓力,提高網站訪問速度的常用方案,但在強調交互的We2.0 時代,對靜態化提出了更高的要求,靜態不僅要能靜,還要能動,下面我通過一個項目,談談網站靜態化后的架構設計方案,同時和大家探討一下,在開源產品大行其道,言架構必稱MemberCache, Nginx,的時代,微軟技術在網站架構設計中的運用.
靜態化的設計原則和步驟
靜態化是解決減輕網站壓力,但是靜態化也會帶來一系列的問題,包括開發上復雜度的增加,維護難度的增加,運用不的當,更可能適得其反,而許多替代方案,比如頁面緩存,如果運用得當,也能起到很好的效果,所以在開始之前,必須進行詳細的考察,確定是否適合靜態化,并制定適合的靜態化方式,下面先介紹一下
l 考查讀寫比:
讀寫比,準確的說是讀寫負荷比,是否值得靜態化的最終考慮,由于一般寫入的壓力明顯大于讀出的壓力,如果寫入太頻繁,或者每次寫入消耗的資源太多,都不能達到效果,我覺得讀寫比例10:1應該是個上限.具體情況需要根據自己的業務邏輯判斷
l 確定頁面呈現的內容是否適合靜態化:
在設計方案時,必須詳細考慮每個原型頁面,找到頁面上展示的信息,和他的更新方式,更新時機,更新頻率,一定要注意那些不起眼的信息,他們可能左右你的設計,
比如:我們以CSDN的論壇的任意一篇帖子為例,進行分析
上面的帖子中呈現的內容主要是這樣幾塊,帖子內容,回復內容,發帖人回復人的用戶信息
n 帖子內容和回復內容在發帖時更新,發帖后用戶可以修改其內容,更新頻率高
n 用戶信息,用戶修改個人信息時可能會發生更改,用戶等級增加時也可能發生更改,比如加星,更新頻率低
n 回復數將每次回復后都要更改,更新頻率高
n 設計時要注意細節,如上圖中圈出來的部分,這些部分是怎么修改的,頻率有多大,一個都不能放過.
l 確定生成方式:
在上面帖子一例中.每次更改都重新生成頁面是不可取的,一篇比回復數多的帖子,需要的數據量是巨大的(每層樓的用戶信息,回復內容),任何修改,都需要重新取出數據進行生成是不能允許的.一般除非你的頁面基本不用更新,或者更新開銷極小,(比如一段嵌入的廣告代碼)才能采用整體更新的方式,不然就需要我們找到合適的更新頁面局部區域的方法:
一般有下面兩個方法:
1) 正則修改法:
比如,如果帖子中的回復數,html代碼是這樣
<label>回復數<var id="replyCount">34</var></label>
我們可以通過用下面正則來查找并替換計數
(?<=id="replyCount">)"d{1,}
2) 頁面區域分塊:
把頁面分成很多小塊,在顯示時組裝起來,比如DotText就采用這個方法
這是一篇典型的Dottext blog頁面,其中紅色標定部分是一個獨立的文件,而黃色框內的是腳本動態加載,這些部分在最終顯示的時候組合起來,最終構成了一篇Blog,具體的組合方法也有多種,可以使用Include,也可以自己來實現.DotText就自己實現了一套加載機制
上面的兩種方法并不孤立,并可以根據需要,配合使用
l 確定需要動態加載的信息:
頁面上總有一些內容看起來不太適合靜態化,最典型的是一些統計結果,比如如果你在做一個圖書介紹頁面,可能就會需要展示圖書的當天綜合評分,或者書籍排名,這些內容需要用腳本進行動態加載
既然做了靜態化,就是希望減少服務器負載,動態加載的數據總是不得已而為之,有的時候在需求允許的情況下,我們在數據在實時性和性能方面做一些妥協,比如上面帖子中的用戶星級和昵稱,從數據實時性上說,當用戶的星級增長,他發言的所有帖子都應該發生變化,所以應該用動態加載.然而其實上這些信息如果不發生變化,也無傷大雅,用戶反而能夠看到自己在多年前發帖時的級別和昵稱.
現實中的項目
X網站是大型的電影資訊,電影社區,向外提供電影相關信息服務,以及用戶社區,其中信息服務部分, 其中大部分頁面屬于信息呈現頁,讀取量比較大,百萬級別pv,信息主要由編輯在后臺發布,更新較少,但其頁面上有大量的交互性的內容,比如評論,收藏列表,同時許多內容允許用戶創造,比如上傳圖片,添加注釋.交互內容的數量和交互的頻繁程度,都超過了普通的咨詢頁面,這次調整,準備將其中訪問量最大的幾塊:電影資料頁,影人資料頁,進行靜態化,如果成功,還將運用到更多的頻道,基本實現全站靜態化
通過對頁面設計和前一版本的分析,下面是具有挑戰性的地方.這些特點基本使用于大多數web2.0的站點,很具有典型意義
l 頁面生成的觸發條件復雜
一般論壇中的帖子或者blog,更新方式比較單一:主要是由回復進行觸發還有少數的修改動作,然而該網站一個頁面上需要根據不同觸發條件就有20多個, 比如光二級菜單:用戶發布圖片,刪除圖片,發布或者刪除影片信息,發布或者修改視頻,后臺修改電影信息,都有可能觸發
l 一個動作觸發生成的頁面可能很多而且相互交疊
每一個動作都會觸發一系列的生成,并且不同動作可能都會涉及同一個頁面或者區域的生成.
比如:用戶給一步電影評分,需要生成評分更多頁,評分統計更多頁,首頁右側誰還關注此影片小區域,等等.用戶收藏一個影片,也需要更新首頁右側誰還關注此影片小區域
l 觸發頻繁:
雖然不及某些更大規模的網站,但是由于涉及眾多用戶參與的內容,評論,收藏等等,觸發點多,發生頻度相當頻繁
l 頁面多,結構復雜,空間占用大:
通常,需要生成的頁面規模是這樣粗略估算的,Rn*P,Rn為資源數,P為每個資源的頁面數,所謂資源,可以看做一個生成單位,其頁面數可以簡單看做發布一個資源,就需要生成其所有相關頁面數量,比如:發布一個blog,就需要生成一個Blog頁,同時還需要生成或者更新個人主頁的blog列表,算上個人主頁右側的分類文章數的小塊,也就是最多10來個頁面或者區域,但是發布一個電影,其相關的頁面至少有50個以上,而且有的頁面還帶有分頁,一個信息比較豐富的電影,其頁面竟可以達到千個以上,空間10~20M,而且資源總數也不少,電影80000左右,電影人雖然P值較少,但是總量確有幾十萬之巨,估計靜態頁面磁盤占用量幾百個G
l 向下兼容
這是一個已有系統,舊系統的框框需要突破,但又沒有時間,或者不能完全突破,比如Url,已經被收錄到搜索引擎,就不能隨便調整,還有一些地方,原本沒有為靜態生成考慮,另一些地方又需要兼容舊的設計.
l 多臺前端Web
這種結構要求生成的文件可能需要分布到多個服務器(另一個方案是放在幾臺專用的機器上,等前端來取)
l 任務緊迫
架構討論結束儀式六月初,離奧運開幕上線只有兩月,也就是說所有底層框架實現,頁面模板開發,調試測試,動作的整理,必須在7月底全部完成,按我原來估計,光實現這幾塊的上百個頁面模板和填充方法,也需要那么長的時間
綜合考慮上述因素,架構必須要有以下幾個方面的特點
l 動作可以靈活擴展配置,某個動作對應哪些生成,應該可以配置,并且可以分組
l 文件必須有分發機制
l 分發和生成必須獨立出來,并且支持分布式
l 各種的動作,必須轉化為消息,發送到生成和分發服務器進行處理
l 針對同意資源頻繁動作,在變量相同的情況下能夠具有合并的能力
l 動作必須有記錄
l 盡量考慮使用已有成熟技術,節省開發時間
下面是設計的第一個架構
用戶的動作經過MSMQ[1]傳入到生成分發中心(途中綠色箭頭)進行處理,,處理中心接受到消息后,負責生成對應的頁面或者頁面區域,并將頁面分發到各個服務器,負載均衡沿用以前的架構,采用微軟的NLB[2]
之所以用MSMQ,就是看上了他提供的完整的消息存儲恢復機制,這樣我們能確保即使服務器down掉重啟后,消息依然能正常處理,碰巧我們cms組的同事MSMQ非常熟悉,并且真準備在另外一個項目中使用類似的架構—于是一拍即合
頁面采用分塊存儲,這樣能保證生成時目標小,開銷小,也能重用性,然后再藉由SSI[3](shtml include)進行整合,之所以采取這樣的方案,而不采用Dottext的整合方式,是因為如果采用Dottext的方式,就必須走IIS和.Net的管道[4],而據測試,經過管道和直接返回html性能有非常大的差異,而使用ssi,在性能上是一個折中,并且可以Light HTTPd等高性能web服務器
模板生成方式,采用了XSLT和另外一種自定義的模板(我的同事開發的機制,很有趣, 理論上能把傳統模板替換的性能開銷全部消除),生成的最終產物是shtml,之所以生成shtml是為了使用其ssi(Server Side Include)的特性,保證一定的靈活性,并實現熱點數據的分離:某些頁面上的部分可能會頻繁更新和生成,而其它地方不變,或者某個部分是所有頁面通用的(比如頁頭和頁腳),較之php下常常使用smarty,生成php文件,雖然靈活性不如php,但是性能上不相上下,還略高.
但是這個設計的問題是動態內容和靜態內容沒有分開,生成的html頁面,和動態頁面都放在前端服務器上,通過負載均衡訪問,也造成了分發服務器需要分發到多臺服務器,網絡IO效率較低,而且靜態內容需要的磁盤空間很大,且小文件非常多,和動態頁面混在一起不便于優化,所以第二個方案對生成的靜態內容與動態內容使用不同的服務器
方案二:
我們把生成的靜態文件單獨放置,可以看到,前端增加Nginx,作為跳轉,把電影,影人資料庫的頁面轉向靜態服務器,其他的調用轉向動態服務器,這樣我們就可以單獨為靜態服務器進行優化,比如采用更高效的服務器等等.
同時減少了文件分發的次數(甚至可以只分發到本機),提高生成分發的處理能力
更進一步,可以把圖片服務分到另外一組機器上,使用獨立的域名,比如img.xxx.com,這樣可以有效的減少帶寬
最終完整架構:
文件生成分發中心
下圖是文件生成分發中心的工作流程圖
生成服務對外只有一個輸入,就是消息,一個輸出:靜態文件,內部根據消息,從配置文件中找到對應的生成方法,取出相應的模板,進行數據填充
分發服務主要吧生成服務產生的文件進行分發,分發到前端的N臺服務器上,開始考慮得比較復雜,希望分發服務可以跨越協議(本地文件系統,局域網,http協議),跨越多種存儲介質(文件系統,數據庫),實際最后定下來基本是本地文件系統或者局域網傳輸
注:上圖中文件分發的部分也可以通過定制MogileFS,來實現分布式文件系統
馬后炮:
總結起來,靜態化除了對架構方面的影響,對開發和測試流程也有影響
對測試提出更高的要求:
因為一旦上線后,某個頁面發現問題,即使是文字的修改,也需要重新生成許多頁面,所以測試人員必須非常仔細,測試周期也需要延長
開發人員需要掌握模板語言
需要掌握一種模板預言,無論是Xslt還是自己開發的模板語言,都需要花一定的時間掌握
需要給第一次生成騰出足夠時間:
如果不是新系統,那么數據遷移和生成的過程就比較痛苦,由于頁面眾多,第一次生成的過程可能需要以天來計算,在制定上線方案是就需要考慮到這個方面
Nginx作為前端的跳轉,根據其他網站的經驗,應該可以達到2-3萬并發連接,但是使用之后,常常有卡殼的情況發生,具體癥狀為在瀏覽器中訪問頁面時,連接超時,或者一直不響應,此時Nginx連接數并不高,好在還有第一套方案可以備用,讓我們有時間去解決這個問題,如果大家對這個問題有什么心得,歡迎交流