前后端如何优化网站性能

一、前端优化


网站性能优化是一个很综合的话题，涉及到服务器的配置和网站前后端程序等各个方面，我只是从实际经历出发，分享一下自己所尝试过的网站性能优化方法。之所以在标题上挂一个web2.0，是因为本文更偏重于中小网站的性能优化，我所使用的系统也是典型web2.0的LAMP架构。


首先讲讲前端的优化，用户访问网页的等待时间，有80%是发生在浏览器前端，特别是页面和页面中各种元素（图片、CSS、Javascript、 flash…）的下载之上。因此在很多情况下，相对于把大量的时间花在艰苦而繁杂的程序改进上，前端的优化往往能起到事半功倍的作用。雅虎最近将内部使用的性能测试工具yslow向第三方公开，并发布了著名的网站性能优化的十三条规则，建议你下载并安装yslow，并作为测评网站优化效果的工具。下面我挑其中特别有价值的具体说明一下优化的方法：


对于第一次访问您网站，尚未在浏览器cache中缓存您网站内容的用户，我们可以做的事情包括：


1）减少一个页面访问所产生的http连接次数
对于第一次访问你网站的用户，页面所产生的http连接次数是影响性能的一个关键瓶颈。


对策：
- 尽量简洁的页面设计，最大程度减少图片的使用，通过放弃一些不必要的页面特效来减少javascript的使用。
- 使用一些优化技巧，比如利用图片的背景位移减少图片的个数；p_w_picpath map技术；使用Inline p_w_picpaths将css图片捆绑到网页中。
- 尽量合并js和css文件，减少独立文件个数。


2) 使用gzip压缩网页内容
使用gzip来压缩网页中的静态内容，能够显著减少用户访问网页时的等待时间（据说可达到60%）。主流的web服务器都支持或提供gzip压缩，如果使用apache服务器，只需要在配置文件中开启 mod_gzip（apache1.x）或mod_deflate(apache2.x)即可。凡是静态的页面，使用gzip压缩都能够显著提高服务器效率并减少带宽支出，注意图片内容本身已经是压缩格式了，务必不要再进行压缩。


3）将CSS放在页面顶端，JS文件放在页面底端
CSS的引用要放在html的头部header中，JS文件引用尽量放在页面底端标签的后面，主要的思路是让核心的页面内容尽早显示出来。不过要注意，一些大量使用js的页面，可能有一些js文件放在底端会引起一些难以预料的问题，根据实际情况适当运用即可。


4）使JS文件内容最小化
具体来说就是使用一些javascript压缩工具对js脚本进行压缩，去除其中的空白字符、注释，最小化变量名等。在使用gzip压缩的基础上，对js内容的压缩能够将性能再提高5%。


5）尽量减少外部脚本的使用，减少DNS查询时间
不要在网页中引用太多的外部脚本，首先，一次dns的解析过程会消耗20-120毫秒的时间；其次，如果在页面中引用太多的外部文件（如各种广告、联盟等代码），可能会因为外部文件的响应速度而将你的网站拖得很慢。如果不得不用，那么就尽量将这些脚本放在页脚吧。不过有一点需要提及，就是浏览器一般只能并行处理同一域名下的两个请求，而对于不同子的域名则不受此限制，因此适当将本站静态内容（css,js）放在其他的子域名下（如 static.xxx.com）会有利于提高浏览器并行下载网页内容的能力。


对于您网站的经常性访问用户，主要的优化思路就是最大限度利用用户浏览器的cache来减少服务器的开销。


1）在header中添加过期时间(Expires Header)
在header中给静态内容添加一个较长的过期时间，这样可以使用户今后访问只读取缓存中的文件，而不会与服务器产生任何的交互。不过这样做也存在一些问题，当图片、CSS和js文件更新时，用户如果不刷新浏览器，就无法获得此更新。这样，我们在对图片、css和js文件修改时，必须要进行重命名，才能保证用户访问到最新的内容。这可能会给开发造成不小的麻烦，因为这些文件可能被站点中的许多文件所引用。flickr提出的解决办法是通过url rewrite使不同版本号的URL事实上指向同一个文件，这是一个聪明的办法，因为url级别的操作效率是很高的，可以给开发过程提供不少便利。


要理解为什么这样做，必须要了解浏览器访问url时的工作机制：
a. 第一次访问url时，用户从服务器段获取页面内容，并把相关的文件（p_w_picpaths,css,js…）放在高速缓存中，也会把文件头中的expired time,last modified, ETags等相关信息也一同保留下来。
b. 用户重复访问url时，浏览器首先看高速缓存中是否有本站同名的文件，如果有，则检查文件的过期时间；如果尚未过期，则直接从缓存中读取文件，不再访问服务器。
c. 如果缓存中文件的过期时间不存在或已超出，则浏览器会访问服务器获取文件的头信息，检查last modifed和ETags等信息，如果发现本地缓存中的文件在上次访问后没被修改，则使用本地缓存中的文件；如果修改过，则从服务器上获取最新版本。


我的经验，如果可能，尽量遵循此原则给静态文件添加过期时间，这样可以大幅度减少用户对服务器资源的重复访问。


2）将css和js文件放在独立外部文件中引用
将css和js文件放在独立文件中，这样它们会被单独缓存起来，在访问其他页面时可以从浏览器的高速缓存中直接读取。一些网站的首页可能是例外的，这些首页的自身浏览可能并不大，但却是用户访问网站的第一印象以及导向到其他页面的起点，也可能这些页面本身使用了大量的ajax局部刷新及技术，这时可以将 css和js文件直接写在页面中。


3）去掉重复的脚本
在IE中，包含重复的js脚本会导致浏览器的缓存不被使用，仔细检查一下你的程序，去掉重复引用的脚本应该不是一件很难的事情。


4）避免重定向的发生
除了在header中人为的重定向之外，网页重定向常在不经意间发生，被重定向的内容将不会使用浏览器的缓存。比如用户在访问www.xxx.com，服务器会通过301转向到www.xxx.com/，在后面加了一个“/”。如果服务器的配置不好，这也会给服务器带来额外的负担。通过配置apache的 alias或使用mod_rewrite模块等方法，可以避免不必要的重定向。


还有一些，比如使用CDN分发机制、避免CSS表达式等、避免使用ETags等，因为不太常用，这里就不再赘述了。


做完了上述的优化，可以试着用yslow测试一下网页的性能评分，一般都可以达到70分以上了。


当然，除了浏览器前端和静态内容的优化之外，还有针对程序脚本、服务器、数据库、负载的优化，这些更深层次的优化方法对技术有更高的要求。本文的后半部分将重点探讨后端的优化。


二、后端优化


上次写完web2.0网站前端优化篇之后，一直想写写后端优化的方法，今天终于有时间将思路整理了出来。


前端优化可以避免我们造成无谓的服务器和带宽资源浪费，但随着网站访问量的增加，仅靠前端优化已经不能解决所有问题了，后端软件处理并行请求的能力、程序运 行的效率、硬件性能以及系统的可扩展性，将成为影响网站性能和稳定的关键瓶颈所在。优化系统和程序的性能可以从以下的方面来入手：


1）apache、mysql等软件的配置的优化
尽管apache和mysql等软件在安装后使用的默认设置足以使你的网站运行起来，但是通过调整mysql和apache的一些系统参数，还是可以追求更高的效率和稳定性。这个领域中有很多专业的文章和论坛（比如： http://www.mysqlperformanceblog.com/），要想掌握也需要进行深入的研究和实践，这里就不重点讨论了。


2）应用程序环境加速
这里仅以我最常应用的php开发环境为例，有一些工具软件可以通过优化PHP运行环境来达到提速的目的，其基本原理大致是将PHP代码预编译并缓存起来，而不需要改变任何代码，所以比较简单，可以将php的运行效率提升50%以上。比较常用的免费php加速工具有：APC( http: //pecl.php.net/package-info.php?package=APC)、Turck MMCache（ http://turck-mmcache.sourceforge.net）、php accelebrator(www.php-accelerator.co.uk)，还有收费的Zend Performance Suite


3）将静态内容和动态内容分开处理
apache是一个功能完善但比较庞大的web server，它的资源占用基本上和同时运行的进程数呈正比，对服务器内存的消耗比较大，处理并行任务的效率也一般。在一些情况下，我们可以用比较轻量级的web server来host静态的图片、样式表和javascript文件，这样可以大大提升静态文件的处理速度，还可以减少对内存占用。我使用的web server是来自俄罗斯的nginx，其他选择方案还包括lighttpd和thttpd等。


4）基于反向代理的前端访问负载均衡
当一台前端服务器不足以应付用户访问时，通过前端机实现web访问的负载均衡是最快速可行的方案。通过apache的mod_proxy可以实现基于反向代理的负载均衡，这里推荐使用nginx做代理服务器，处理速度较apache更快一些。


5）应用缓存技术提高数据库效能，文件缓存和分布式缓存
数据库访问处理并发访问的能力是很多网站应用的关键瓶颈，在想到使用主从结构和多farm的方式构建服务器集群之前，首先应该确保充分使用了数据库查询的缓存。一些数据库类型（如mysql的innoDB）自身内置对缓存的支持，此外，还可以利用程序方法将常用的查询通过文件或内存缓存起来。比如通过 php中的ob_start和文件读写函数可以很方便的实现文件形式的缓存，而如果你拥有多台服务器，可以通过memcache技术通过分布式共享内存来对数据库查询进行缓存，不仅效率高而且扩展性好，memcache技术在livejournal和Craigslist.org等知名网站应用中都得到了检验。


6）服务器运行状态的检测，找到影响性能的瓶颈所在
系统优化没有一劳永逸的方法，需要通过检测服务器的运行状态来及时发现影响性能的瓶颈，以及可能存在的潜在问题，因为网站的性能，永远取决于木桶中的短板。可以编写一些脚本来检测web服务的运行，也有一些开源的软件也提供了很好的功能


7）良好的扩展架构是稳定和性能的基础
一些技巧和窍门可以帮你度过眼前的难关，但要想使网站具备应付大规模访问的能力，则需要从系统架构上进行彻底的规划，好在很多前人无私的把他们架构
网站的经验分享给我们，使我们可以少走甚多弯路。我最近读到的两篇有启发的文章：
- 从LiveJournal后台发展看大规模网站性能优化方法
- Myspace的六次重构


最后不得不提到程序编码和数据库结构对性能的影响，一系列糟糕的循环语句，一个不合理的查询语句、一张设计不佳的数据表或索引表，都足以会使应用程序运行的速度成倍的降低。培养全局思考的能力，养成良好的编程习惯，并对数据库运行机制有所了解，是提高编程质量的基础。