PHP 进阶之路 - 亿级 pv 网站架构实战之性能优化

PHP 进阶之路 - 亿级 pv 网站架构实战之性能优化

缘起

PV和PU（数据分析—业务指标）

PV即访问次数——用户每访问一次可以看作一次PV。

PU即访问人数——在同一天内，一个用户无论访问了多少次都算一个访客。

通过PV和PU可以分析出用户喜欢产品哪个功能，不喜欢哪个功能，从而根据用户行为来优化产品。

为什么过早的优化是万恶之源?

在进行优化之前，应该先测试代码的性能，确定是否存在性能问题。同时，也应该优先考虑代码的可读性、可维护性和可扩展性，避免过度优化。

使用XHProf查找PHP性能瓶颈

XHProf是facebook 开发的一个测试php性能的扩展，本文记录了在PHP应用中使用XHProf对PHP进行性能优化，查找性能瓶颈的方法。

性能优化的原则

1. 性能优化是建立在对业务的理解之上的

2. 性能优化与架构、业务相辅相成、密不可分的

性能优化的引入

我们先看一张简单的 web 架构图

从上到下从用户的浏览器到最后的数据库，那么我们说先前端的优化。

前端优化

雅虎军规：http://www.cnblogs.com/paul-3…

减少 http 请求数

1. 图片、css、script等等这些都会增加http请求数，减少这些元素的数量就能减少响应时间。
   把多个JS、CSS在可能的情况下写进一个文件，页面里直接写入图片也是不好的做法，应该写进CSS里，小图拼合后利用 background 来定位。

2. 现在很多 icon 都是直接做成字体，矢量高清，也减少网络请求数

3. 现在的前端框架都会通过组件的方式开发，最后打包生成一个 js 或者 两个 js 文件 + 一个 css 或者两个 css 文件。

利用浏览器缓存

expires,cache-control,last-modified,etag
http://blog.csdn.net/eroswang…
防止缓存，比如资源更新了，原来的做法是?v=xxxx 现在前端的打包工作可以能会生成 /v1.2.0/xxx.js

使用分布式存储前端资源

接地气利用 cdn 存储前端资源

多域名访问资源

• 原因一：浏览器对同一域名的并行请求数有上限，多个域名则支持更多并行请求

• 原因二：使用同一域名的时候无用的 cookie 简直是噩梦

数据压缩

1. 开启gzip

2. 前端资源本身的压缩，js/css 打包编译（去掉空格，语意简化）图片资源的压缩等。

优化首屏展示速度

1. 资源的按需加载，延时加载 https://blog.csdn.net/m0_64346035/article/details/125131432

2. 图片的懒加载，淘宝的商品介绍太多图，用户点击进来又有多少人一直往下看图的呢？
   https://zhuanlan.zhihu.com/p/547700104

nginx 优化

分为下面三个部分来

nginx 本身配置的优化

1. worker_processes auto 设置多少子进程

2. worker_cpu_affinity 亲缘性绑定

3. worker_rlimit_nofile 65535 worker 进程打开的文件描述符的最大数

4. worker_connections 65535 子进程最多处理的连接数

5. epoll 多路复用

6. sendfile on 是对文件I/O的系统调用的一个优化，系统api

7. 如果是反向代理web服务器，需要配置fastcgi相关的参数

8. 数据返回开启gzip压缩

9. 静态资源使用 http 缓存协议

10. 开启长连接 keepalive_timeout

        fastcgi_connect_timeout 300;
        fastcgi_send_timeout 300;
        fastcgi_read_timeout 300;
        fastcgi_buffer_size 64k;
        fastcgi_buffers 4 64k;
        fastcgi_busy_buffers_size 128k;
        fastcgi_temp_file_write_size 256k;

        gzip on;
        gzip_min_length  1k;
        gzip_buffers     4 16k;
        gzip_http_version 1.0;
        gzip_comp_level 2;
        gzip_types       text/plain application/x-javascript text/css application/xml text/javascript application/json;
        gzip_vary on;
        gzip_proxied        expired no-cache no-store private auth;
        gzip_disable        "MSIE \[1-6\]\\.";

        location ~ .*\\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)$
            {
                expires      30d;
            }

worker_connections和worker_rlimit_nofile有什么区别

tcp/ip 网络协议配置的优化

1. /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle 1 开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收,保证tcp_timestamps = 1

2. /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse 1 允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接

3. /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies 0 是否需要关闭洪水抵御 看自己业务，比如秒杀，肯定需要关闭了

4. /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_tw_buckets 180000 否则经常出现 time wait bucket table overflow

5. tcp_nodelay on 小文件快速返回，我之前通过网络挂载磁盘出现找不到的情况

6. tcp_nopush on

tcp_tw_recycle 快速回收可能导致丢包的问题 https://www.im050.com/posts/435

linux 系统的优化

除了上面的网络协议配置也是在系统基础之外，为了配合nginx自己里面的设定需要做如下修改

1. /proc/sys/net/core/somaxconn 65535

2. ulimit -a 65535

更多详细的优化配置说明：http://os.51cto.com/art/20140…

php 优化

升级到 php7

注意有很多函数和扩展被废弃，比如mysql相关的，有风险，做好测试再切换。

opcode 缓存

php 5.5 之后好像就内置了吧，需要在php.ini里添加如下配置

opcache.revalidate_freq=60
opcache.validate_timestamps=1
opcache.max_accelerated_files=1000
opcache.memory_consumption=512
opcache.interned_strings_buffer=16
opcache.fast_shutdown=1

1. opcache.revalidate_freq

这个选项用于设置缓存的过期时间（单位是秒），当这个时间达到后，opcache会检查你的代码是否改变，如果改变了PHP会重新编译它，生成新的opcode，并且更新缓存。

2. opcache.validate_timestamps

当这个选项被启用（设置为1），PHP会在opcache.revalidate_freq设置的时间到达后检测文件的时间戳（timestamp）。

3. opcache.max_accelerated_files

这个选项用于控制内存中最多可以缓存多少个PHP文件。

4. opcache.memory_consumption

你可以通过调用opcachegetstatus()来获取opcache使用的内存的总量

5. opcache.interned_strings_buffer

字符串opcache的复用，单位为MB

6. opcache.fast_shutdown=1

开启快速停止续发事件，依赖于Zend引擎的内存管理模块

php7 hugepage 的使用

Hugepage 的作用：间接提高虚拟地址和内存地址转换过程中查表的TLB缓存命中率

opcache.huge_code_pages=1

鸟哥博客详细介绍：http://www.laruence.com/2015/…

代码伪编译

以thinkphp为例，它会把框架基础组件（必须用到的组件）合并压缩到一个文件中，不仅减少了文件目录查找，文件打开的系统调用。

通过stracephp-fpm子进程，可以清楚系统调用的过程，在我上面例子中有打开一个文件有12次系统调用（只是举例，我这里相对路径设置的原因导致多了两次文件查找）。如果有10个文件，那就是120次，优化的效果可能不是那么明显，但是这是一种思路。
顺便说下 set_include_path能不用就不要用，上面的demo的截图里面找不到目录就是证明。

模板编译

模板把它们自定义的语法，最后转换成php语法，这样方便解析。而不是每次都解析一遍。

xhprof 查找性能瓶颈

xhprof 查找性能瓶颈

业务优化

非侵入式扩展开发

比如原来有一个model，叫问答，现在需要开发一个有奖问答，需要支持话题打赏，里面多了很多功能。这个时候应该利用面向对象的继承的特性。而不是做下面的开发

class AskModel {    
  public function detail($id){        
        $info = 从数据库查询到该问题的信息;        
        // 逻辑1
          
        // 逻辑2
        
    }
}

class AskModel {    
    public function detail($id){        
        $info = 从数据库查询到该问题的信息;        
        // 逻辑1
        if($info\['type'\] == 2){            
        //...
        }else{
            
        }        
        // 逻辑2
        if($info\['type'\] == 2){            
        //...
        }else{
            
        }
    }
}

这样逻辑多了，子类型多了，逻辑判断就非常重复，程序运行起来低效可能是一方面，更多的是不可维护性。

业务和架构不分家，架构是建立在对业务的理解之上的。

异步思想

举例：

1. 处理邮件发送。

2. gearman 图片裁剪。

3. 页面上 ajax 加载动态数据。

4. 图片的懒加载，双击图片看大图。

5. sf 上通过websocket 通知你有新的消息，但是并没有告诉你有什消息，点击消息图标才会去异步请求具体的消息。

这些都是异步的思想。能分步走就分步走，能不能请求的就不请求。

静态化

专题页面，比如秒杀页面，为了应对更大的流量、并发。而且更新起来也比较方便。

业务解耦

比如刚刚上面说的专题页面，还有必要走整个框架的一套流程吗？进来引用一大堆的文件，初始化一大堆的东西？是不是特别低效呢？所以需要业务解耦，专题页面如果真要框架（可以首次访问之后生成静态页面）也应该是足够轻量级的。不能与传统业务混为一谈。

分布式以及 soa

说业务优化，真的不得不提架构方面的东西，业务解耦之后，就有了分布式和soa。
说下 soa 自定义 socket 传输协议。

最重要的就是在自定义头里面强调body_len，注意设置为紧凑型，才能保证跨平台性

Mysql 优化

数据索引相关的文章网上很多了，不足的地方大家补充。

表设计 - 拥抱 innodb

现在大多数情况都会使用innodb类型了。具体原因是 mysql 专家给的意见。
我自己对 mysql 的优化不了解，每一个细分领域都是一片汪洋，每个人的时间精力是有限的，所以大家也不用什么都非要深入去研究，往往是一些计算机基础更为重要。
参考这份ppt MySQL秘籍.pdf

表设计 - 主键索引

1. innodb 需要一个主键，主键不要有业务用途，不要修改主键。

2. 主键最好保持顺序递增，随机主键会导致聚簇索引树频繁分裂，随机I/O增多，数据离散，性能下降。

举例：
之前项目里有些索引是article_id + tag_id 联合做的主键，那么这种情况下，就是业务了属性了。主键也不是顺序递增，每插入新的数据都有可能导致很大的索引变动（了解下数据库b+索引的原理）

表设计 - 字段选择

1. 能选短整型，不选长整型。比如一篇文章的状态值，不可能有超过100种吧，不过怎么扩展，没必要用int了。

2. 能选 char 就避免 varchar，比如图片资源都有一个hashcode，固定长度20位，那么就可以选char了。

3. 当使用 varchar 的时候，长度够用就行，不要滥用。

4. 大文本单独分离，比如文章的详情，单独出一张表。其他基本信息放在一张表里，然后关联起来。

5. 冗余字段的使用，比如文章的详情字段，增加一个文章markdown解析之后的字段。

索引优化

大多数情况下，索引扫描要比全表扫描更快，性能更好。但也不是绝对的，比如需要查找的数据占了整个数据表的很大比例，反而使用索引更慢了。

1. 没有索引的更新，可能会导致全表数据都被锁住。所以更新的时候要根据索引来做。

2. 联合索引的使用

3. explain 的使用

联合索引“最左前缀”，查询优化器还会帮你调整条件表达式的顺序，以匹配组合索引的要求。

CREATE TABLE \`test\` (
  \`id\` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  \`a\` int(10) unsigned NOT NULL,
  \`b\` int(10) unsigned NOT NULL,
  \`c\` int(10) unsigned NOT NULL,  PRIMARY KEY (\`id\`),
  KEY \`index_abc\` (\`a\`,\`b\`,\`c\`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

能使用到索引

explain select * from test where a=1;
explain select * from test where a=1 and b=2;
explain select * from test where a=1 and b=2 and c=3;
explain select * from test where a=1 and b in (2,3) and c=3;
explain select * from test where a=1 and b=2 order by c desc;

不能使用索引

explain select * from test where a=1 and b in (2,3) order by c desc;
explain select * from test where b=2;

explain 搜到一篇不错的: http://blog.csdn.net/woshiqjs…
很重要的参数type,key,extra

type 最常见的

system > const > eq_ref > ref > fulltext > ref_or_null > index_merge > unique_subquery > index_subquery > range > index > ALL

extra

如果有Using filesort或者Using temporary的话,就必须要优化了

收集慢查询

my.ini 配置里增加

long_query_time=2log-slow-queries=/data/var/mysql_slow.log

使用 nosql

redis 丰富的数据类型，非常适合配合mysql 做一些关系型的查询。比如一个非常复杂的查询列表可以将其插入zset 做排序列表，然后具体的信息，通过zset里面的纸去mysql 里面去查询。

缓存优化

多级缓存

1. 请求内缓存

static 变量存储，比如朋友圈信息流，在一次性获取20条信息的时候，有可能，点赞的人里面20条里面有30个人是重复的，他们点赞你的a图片也点赞了你的b图片，所以这时，如果能使用static数组来存放这些用户的基本信息就高效了些。

1. 本地缓存

请求结束了，下拉更新朋友圈，里面又出现了上面的同样的好友，还得重新请求一次。所以本地常驻内存的缓存就更高效了。

1. 分布式缓存

在A服务器上已经查询过了，在下拉更新的时候被分配到B服务器上了，难道同样的数据再查一次再存到B服务器的本地缓存里面吗，弄一个分布式缓存吧，这样防止了重复查询。但是多了网络请求这一步。

很多时候是三者共存的。

避免缓存的滥用

案例分析

1. 用户积分更新

• 比如用户的基本信息和积分混在一起，当用户登录的时候赠送积分。则需要更新用户的积分，这个时候更新整个用户的基本信息缓存么？

• 所以这里也可以运用下面 hashes 分片的原则去更新

3. 礼物和主题绑定缓存

为了取数据方便把多个数据源混合缓存了，这种情况，相比大家可能都见过，这是灾难性的设计。

{id:x,title:x,gift:{
        id:x,
        name:x,
        img:x,
    }}

如果需要更新礼物的图片，那么所有用到过这个礼物的话题的缓存都要更新。

redis 优化

1. 多实例化，更高效地利用服务器 cpu

2. 内存优化，官方意见 https://redis.io/topics/memor… 有点老

3. 尽可能的使用 hashes ，时间复杂度低，查询效率高。同时还节约内存。Instagram 最开始用string来存图片id=>uid的关系数据，用了21g，后来改为水平分割，图片id 1000 取模，然后将分片的数据存在一个hashse 里面，这样最后的内容减少了5g，四分之一基本上。

每一段使用一个Hash结构存储，由于Hash结构会在单个Hash元素在不足一定数量时进行压缩存储，所以可以大量节约内存。这一点在String结构里是不存在的。而这个一定数量是由配置文件中的hash-zipmap-max-entries参数来控制的。

服务器认知的提升

下面的内容，只能是让大家有一个大概的认识，了解一个优化的方向，具体的内容需要系统学习很多很多的知识。

多进程的优势

多进程有利于 CPU 计算和 I/O 操作的重叠利用。一个进程消耗的绝大部分时间都是在磁盘I/O和网络I/O中。
如果是单进程时cpu大量的时间都在等待I/O，所以我们需要使用多进程。

减少上下文切换

为了让所有的进程轮流使用系统资源，进程调度器在必要的时候挂起正在运行的进程，同时恢复以前挂起的某个进程。这个就是我们常说的“上下文切换”。

无限制增加进程数，则会增多 cpu 在各个进程间切换的次数。
如果我们希望服务器支持较大的并发数，那么久要尽量减少上下文切换的次数，比如在nginx服务上nginx的子进程数不要超过cpu的核数。
我们可以在压测的时候通过vmstat,nmon来监控系统上下文切换的次数。

IOwait 不一定是 I/O 繁忙

# top

top - 09:40:40 up 565 days,  5:47,  2 users,  load average: 0.03, 0.03, 0.00
Tasks: 121 total,   2 running, 119 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  8.6%us,  0.3%sy,  0.0%ni, 90.7%id,  0.2%wa,  0.0%hi,  0.2%si,  0.0%st

一般情况下IOwait代表I/O操作的时间占（I/O操作的时间 + I/O和CPU时间）的比例。
但是也时候也不准，比如nginx来作为web服务器，当我们开启很多nginx子进程，IOwait会很高，当再减少进程数到cpu核数附近时，IOwait会减少，监控网络流量会发现也增加。

多路复用 I/O 的使用

只要是提供socket服务，就可以利用多路复用 I/O 模型。

减少系统调用

strace 非常方便统计系统调用

# strace -c -p 23374Process 23374 attached - interrupt to quit
^CProcess 23374 detached
% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 30.68    0.000166           0       648           poll
 12.01    0.000065           0       228           munmap
 11.65    0.000063           0       228           mmap
 10.54    0.000057           0       660           recvfrom
 10.35    0.000056           0       708           fstat
  7.76    0.000042           0       252           open
  6.10    0.000033           1        36           write
  5.73    0.000031           0        72        24 access
  5.18    0.000028           0        72           read
  0.00    0.000000           0       276           close
  0.00    0.000000           0        13        13 stat
  0.00    0.000000           0       269       240 lstat
  0.00    0.000000           0        12           rt_sigaction
  0.00    0.000000           0        12           rt_sigprocmask
  0.00    0.000000           0        12           pwrite
  0.00    0.000000           0        48           setitimer
  0.00    0.000000           0        12           socket
  0.00    0.000000           0        12           connect
  0.00    0.000000           0        12           accept
  0.00    0.000000           0       168           sendto
  0.00    0.000000           0        12           shutdown
  0.00    0.000000           0        48           fcntl
  0.00    0.000000           0        12           flock
  0.00    0.000000           0       156           getcwd
  0.00    0.000000           0        24           chdir
  0.00    0.000000           0        24           times
  0.00    0.000000           0        12           getuid
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    0.000541                  4038       277 total

通过strace查看“系统调用时间”和“调用次数”来定位问题

自己构建web服务器

要想理解web服务器优化的原理，最好的办法是了解它的来龙去脉，实践就是最好的方式，我分为以下几个步骤：

1. 用 PHP 来实现一个动态 Web 服务器

2. 简单静态 web 服务器（循环服务器）的实现

3. 多进程并发的面向连接 Web 服务器的实践

4. 简单静态 Select Web 服务器的实现

5. I/O 多路复用

上面是我的学习笔记，图片资源丢失了，大家可以根据相关关键词去搜搜相关的文章和书籍，更推荐大家去看书。