背景

京東活動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)可在線編輯、實(shí)時(shí)編輯更新和發(fā)布新活動(dòng)，并對(duì)外提供頁面訪問服務(wù)的系統(tǒng)，地址如http://sale.jd.com/***.html。其高時(shí)效性、靈活性等特征，極受青睞，已發(fā)展成京東幾個(gè)重要流量入口之一。近幾次大促，系統(tǒng)所承載的PV均為數(shù)億以上。隨著京東業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，京東活動(dòng)系統(tǒng)的壓力會(huì)越來越大。急需要一個(gè)更高效，穩(wěn)定的系統(tǒng)架構(gòu)，來支持業(yè)務(wù)的高速發(fā)展。本文主要對(duì)活動(dòng)頁面瀏覽方面的性能，進(jìn)行探討。

活動(dòng)頁面瀏覽性能提升的難點(diǎn)：

• 活動(dòng)與活動(dòng)之間差異很大，不像商品頁有固定的模式。每個(gè)頁面能抽取的公共部分有限，可復(fù)用性差;

• 活動(dòng)頁面內(nèi)容多樣，業(yè)務(wù)繁多。依賴大量外部業(yè)務(wù)接口，數(shù)據(jù)很難做到閉環(huán)。外部接口的性能，以及穩(wěn)定性，嚴(yán)重制約了活動(dòng)頁的渲染速度、穩(wěn)定性;

經(jīng)過多年在該系統(tǒng)下的開發(fā)實(shí)踐，提出“頁面渲染與頁面瀏覽異步化”的思想， 頁面渲染是把渲染好的整頁數(shù)據(jù)放到redis 或者硬盤里了，頁面瀏覽是從redis或者硬盤里取靜態(tài)的頁面，并以此為指導(dǎo)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)升級(jí)改造。通過近幾個(gè)月的運(yùn)行，各方面性能都有顯著提升。在分享"新架構(gòu)"之前，先看看我們現(xiàn)有web系統(tǒng)的架構(gòu)現(xiàn)狀。

web架構(gòu)發(fā)展與現(xiàn)狀

* 瀏覽服務(wù)

以京東活動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的演變?yōu)槔@里沒有畫出具體的業(yè)務(wù)邏輯，只是簡單的描述下架構(gòu)。

我們會(huì)在消耗性能的地方加緩存，這里對(duì)部分查庫操作加redis緩存。

并且對(duì)頁面進(jìn)行整頁redis緩存：由于活動(dòng)頁面內(nèi)容繁多，渲染一次頁面的成本是很高。這里可以考慮把渲染好的活動(dòng)內(nèi)容整頁緩存起來，下次請(qǐng)求到來時(shí)，如果緩存中有值，直接獲取緩存返回。

以上是系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層面架構(gòu)演進(jìn)的，簡單示意。為了減少應(yīng)用服務(wù)器的壓力，可以在應(yīng)用服務(wù)器前面，加cdn和nginx的proxy_cache，減少回源率。

整體架構(gòu)(老)

除了“瀏覽服務(wù)”外，老架構(gòu)還做了其他兩個(gè)大的優(yōu)化：“接口服務(wù)”、“靜態(tài)服務(wù)”

1.訪問請(qǐng)求，首先到達(dá)瀏覽服務(wù)，把整個(gè)頁面框架返回給瀏覽器(有cdn、nginx、redis等各級(jí)緩存);

2.對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(如秒殺)、個(gè)性化數(shù)據(jù)(如登陸、個(gè)人坐標(biāo))，采用前端實(shí)時(shí)接口調(diào)用，前端接口服務(wù);

3.靜態(tài)服務(wù)：靜態(tài)資源分離，所有靜態(tài)js、css訪問靜態(tài)服務(wù);

4.要點(diǎn)：瀏覽服務(wù)、接口服務(wù)分離。頁面固定不變部分走瀏覽服務(wù)，實(shí)時(shí)變化、個(gè)性化采用前端接口服務(wù)實(shí)現(xiàn)。

接口服務(wù)分兩類，直接讀redis緩存和調(diào)用外部接口。這里可以對(duì)直接讀redis的接口采用nginx+lua(openresty)進(jìn)行優(yōu)化，不做詳細(xì)講解。 本次分享主要對(duì)“瀏覽服務(wù)”架構(gòu)。

新老架構(gòu)性能對(duì)比

在講新架構(gòu)之前先看看新老架構(gòu)下的新能對(duì)比。

* 老架構(gòu)瀏覽服務(wù)性能

擊穿cdn緩存、nginx緩存，回源到應(yīng)用服務(wù)器的流量大約為20%-40%之間，這里的性能對(duì)比，只針對(duì)回源到應(yīng)用服務(wù)器的部分。

瀏覽方法TP99如下(物理機(jī))

TP99 1000ms左右，且抖動(dòng)幅度很大，內(nèi)存使用近70%，cpu 45%左右。1000ms內(nèi)沒有緩存，有阻塞甚至掛掉的風(fēng)險(xiǎn)。

* 新架構(gòu)瀏覽服務(wù)性能

本次2016 618采用新架構(gòu)支持，瀏覽TP99如下(分app端活動(dòng)和pc端活動(dòng))

移動(dòng)活動(dòng)瀏覽TP99穩(wěn)定在8ms, PC活動(dòng)瀏覽TP99 穩(wěn)定在15ms左右。全天幾乎一條直線，沒有性能抖動(dòng)。

新架構(gòu)支持，服務(wù)器(docker)cpu性能如下

cpu消耗一直平穩(wěn)在1%，幾乎沒有抖動(dòng)。

對(duì)比結(jié)果：新架構(gòu)TP99從1000ms降低到15ms，cpu消耗從45%降低到1%，新架構(gòu)性能得到質(zhì)的提升。

why!!! 下面我們就來揭開新架構(gòu)的面紗。

新架構(gòu)探索

* 頁面渲染與頁面瀏覽異步化

再來看之前的瀏覽服務(wù)架構(gòu)，20%-40%的頁面請(qǐng)求會(huì)重新渲染頁面，渲染需要重新計(jì)算、查詢、創(chuàng)建對(duì)象等導(dǎo)致 cpu、內(nèi)存消耗增加，TP99性能下降。

如果能保證每次請(qǐng)求都能獲取到redis整頁緩存，這些性能問題就都不存在了。即：頁面渲染與頁面瀏覽異步。

* 直接改造后的問題以及解決方案

理想情況下，如果頁面數(shù)據(jù)變動(dòng)可以通過 手動(dòng)觸發(fā)渲染(頁面發(fā)布新內(nèi)容)、外部數(shù)據(jù)變化通過監(jiān)聽mq 自動(dòng)觸發(fā)渲染。

但是有些外部接口不支持mq、或者無法使用mq，比如活動(dòng)頁面置入的某個(gè)商品，這個(gè)商品名稱變化。

為了解決這個(gè)問題，view工程每隔指定時(shí)間，向engine發(fā)起重新渲染請(qǐng)求-***內(nèi)容放入redis。下一次請(qǐng)求到來時(shí)即可獲取到新內(nèi)容。由于活動(dòng)很多，也不能確定哪些活動(dòng)在被訪問，所以不建議使用timer。通過加一個(gè)緩存key來實(shí)現(xiàn)，處理邏輯如下。

好處就是，只對(duì)有訪問的活動(dòng)定時(shí)重新發(fā)起渲染。

新架構(gòu)講解

* 整理架構(gòu)(不包含業(yè)務(wù))

view工程職責(zé)：

• 直接從緩存或者硬盤中獲取靜態(tài)HTML返回，如果沒有返回錯(cuò)誤頁面(文件系統(tǒng)的存取性能比較低，超過100ms級(jí)別，這里沒有使用);

• 根據(jù)緩存key2是否過期，判斷是否向engine重新發(fā)起渲染(如果你的項(xiàng)目外面接口都支持mq，這個(gè)功能就不需要了)。

engine工程職責(zé)：

• 渲染活動(dòng)頁面，把結(jié)果放到硬盤、redis。

publish工程、mq 職責(zé)：

• 頁面發(fā)生變化，向engine重新發(fā)起渲染， 具體的頁面邏輯，這里不做講解。

Engine工程的工作就是當(dāng)頁面內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，重新渲染頁面，并將整頁內(nèi)容放到redis，或者推送到硬盤。

* view工程架構(gòu)(redis版)

View工程的工作，就是根據(jù)鏈接從redis中獲取頁面內(nèi)容返回。

* view工程架構(gòu) (硬盤版)

兩個(gè)版本對(duì)比

Redis版

• 優(yōu)點(diǎn)：接入簡單、 性能好，尤其是在大量頁面情況下，沒有性能抖動(dòng) 。單個(gè)docker tps達(dá)到 700;

• 缺點(diǎn)：嚴(yán)重依賴京東redis服務(wù)，如果redis服務(wù)出現(xiàn)問題，所有頁面都無法訪問。

硬盤版

• 優(yōu)點(diǎn)：不依賴任何其他外部服務(wù)，只要應(yīng)用服務(wù)不掛、網(wǎng)絡(luò)正常就可以對(duì)外穩(wěn)定服務(wù);在頁面數(shù)量不大的情況下，性能優(yōu)越。單個(gè)docker tps達(dá)到 2000;

• 缺點(diǎn)：在頁面數(shù)據(jù)量大的情況下(系統(tǒng)的所有活動(dòng)頁有xx個(gè)G左右)，磁盤io消耗增加(這里采用的java io，如果采用nginx+lua(OpenResty)，io消耗應(yīng)該會(huì)控制在10%以內(nèi))。

解決方案

• 對(duì)所有頁面訪問和存儲(chǔ)采用url hash方式，所有頁面均勻分配到各個(gè)應(yīng)用服務(wù)器上;

• 采用nginx+lua(OpenResty)利用nginx的異步io，代替java io。

* Openresty+硬盤版

現(xiàn)在通過nginx+lua(OpenResty)做應(yīng)用服務(wù)，所具有的高并發(fā)處理能力、高性能、高穩(wěn)定性已經(jīng)越來越受青睞。通過上述講解，view工程沒有任何業(yè)務(wù)邏輯。可以很輕易的就可以用lua實(shí)現(xiàn)，從redis或者硬盤獲取頁面，實(shí)現(xiàn)更高效的web服務(wù)。

通過測試對(duì)比，view工程讀本地硬盤的速度，比讀redis還要快(同一個(gè)頁面，讀redis是15ms，硬盤是8ms)。所以***版架構(gòu)我選擇用硬盤，redis做備份，硬盤讀不到時(shí)在讀redis。

這里前置機(jī)的url hash是自己實(shí)現(xiàn)的邏輯，engine工程采用同樣的規(guī)則推送到view服務(wù)器硬盤即可，具體邏輯這里不細(xì)講。后面有時(shí)間再單獨(dú)做一次分享。

優(yōu)點(diǎn)：

• 具備硬盤版的全部優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)去掉tomcat，直接利用nginx高并發(fā)能力，以及io處理能力;
• 各項(xiàng)性能、以及穩(wěn)定性達(dá)到***。

缺點(diǎn)：

• 硬盤壞掉，影響訪問;
• 方法監(jiān)控，以及日志打印，需使用lua腳本重寫。

總結(jié)

無論是redis版、硬盤版、openresty+硬盤版，基礎(chǔ)都是頁面渲染與頁面瀏覽異步化。

優(yōu)勢(shì)：

• 所有業(yè)務(wù)邏輯都剝離到engine工程，新view工程理論上永遠(yuǎn)無需上線;
• 災(zāi)備多樣化(redis、硬盤、文件系統(tǒng))，且更加簡單，外部接口或者服務(wù)出現(xiàn)問題后，切斷engine工程渲染，不再更新redis和硬盤即可;
• 新view工程，與業(yè)務(wù)邏輯完全隔離，不依賴外部接口和服務(wù)，大促期間，即便外部接口出現(xiàn)新能問題，或者有外部服務(wù)掛掉，絲毫不影響view工程正常訪問;
• 性能提升上百倍，從1000ms提升到10ms左右。詳見前面的性能截圖;
• 穩(wěn)定性：只要view服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)還正常，可以做到理論上用不掛機(jī);
• 大幅度節(jié)省服務(wù)器資源，按此架構(gòu)，4+20+30=54個(gè)docker足以支持10億級(jí)PV。(4個(gè)nginx proxy_cache、20個(gè)view，30個(gè)engine)

作者： 干天星，2012年初加入京東，先后在京東審計(jì)、搭配購、jshop活動(dòng)系統(tǒng)等項(xiàng)目從事系統(tǒng)研發(fā)和架構(gòu)工作。目前主要負(fù)責(zé)jshop活動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)升級(jí)，以及jshop數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)運(yùn)算架構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)構(gòu)建高并發(fā)web架構(gòu)，以及高性能實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)運(yùn)算，有一定的見解。入職前有過5年電信傳統(tǒng)行業(yè)開發(fā)、架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。

【本文來自51CTO專欄作者張開濤的微信公眾號(hào)(開濤的博客)，公眾號(hào)id: kaitao-1234567】