提升 Node.js 應用性能的 5 個技巧

Node.js是全球領先的用JavaScript——世界上最流行的編程語言創建服務器應用程序的工具。提供web服務器和應用服務器的功能，Node.js被認爲是各種以微服務爲基礎的開發和交付的關鍵工具。

Node.js可以替代或增強Java和.NET用於後端應用程序的開發。

Node.js是單線程的，並且使用非阻塞I / O，允許它擴展並支持數以萬計的並行操作。它和NGINX共享這些架構特性，並解決C10K問題——支持超過10000個併發連接——NGINX也可以解決並行操作問題。 Node.js以它的高性能和高開發效率享譽全球。

那麼，哪裏會出問題呢？

Node.js有一些薄弱環節和漏洞，這些薄弱環節和漏洞會使得基於Node的系統容易出現性能不佳，甚至崩潰的現象。尤其是當基於Node.js的web應用程序碰到訪問量高速增長的時候，問題就會出現得更加頻繁。

此外，Node.js是用於創建和運行產生核心可變網頁內容邏輯的強大工具。但它在服務靜態內容——例如圖像和JavaScript文件——以及平衡多個服務器上的負載這些方面還沒那麼強大。

爲了最有效地使用Node.js，你需要緩存靜態內容，代理和平衡多個應用程序服務器負載，並管理客戶端、Node.js和助手——如運行Socket.IO的服務器——之間的端口競爭。 NGINX可用於解決這些問題，從而使得它成爲了一個Node.js性能優化的偉大工具。

使用這些技巧可以提高Node.js應用性能：

實現反向代理服務器
緩存靜態文件
多服務器的負載均衡
代理WebSocket連接
實現SSL / TLS和HTTP / 2

注：Node.js應用性能的快速解決辦法是修改你的Node.js配置，以充分利用現代多核服務器的優勢。你也可以讀一讀另一篇關於如何讓Node.js生成單獨子進程的文章。

1.實現反向代理服務器

我們在NGINX.Inc的時候，如果看到有應用程序服務器直接接觸傳入的訪問流量，用於高性能網站核心的時候，總會不自覺地有點擔憂。這包括許多基於WordPress的網站，也包括Node.js網站。

Node.js專爲可擴展性而設計，它比大多數應用服務器更易於擴展，它的web服務器端可以處理好大量的訪問流量。但是web服務並不是Node.js存在的理由——Node.js並不是因爲這個目的而被構建的。

如果你有一個大流量網站，提高應用程序性能的第一步是在你的Node.js服務器前放一個反向代理服務器。這樣可以保護Node.js服務器直接接觸外部訪問流量，還能讓你靈活使用多個應用程序服務器，平衡負載服務器，緩存內容。

在現有的服務器設置前放NGINX作爲一個反向代理服務器，是NGINX的核心用例，全世界各地已經有數以千萬計的網站實施了。

使用NGINX作爲Node.js的反向代理服務器還有一些特定的優勢，其中包括：

簡化操作權限和端口分配
更有效地服務於靜態圖像（見第二個小竅門）
成功管理Node.js崩潰的情況
減輕DoS攻擊

注意：這些教程介紹瞭如何使用NGINX作爲在Ubuntu 14.04或CentOS環境中的反向代理服務器，而且可以總覽NGINX置於node.js之前的整體情況。

2.緩存靜態文件

隨着基於Node.js的網站的使用量的增長，服務器的壓力開始越來越大。這時候你要做這兩件事情：

充分利用Node.js服務器。
使得添加應用程序服務器和負載均衡變得容易。

這其實是很容易做到的。一開始就實施NGINX作爲反向代理服務器，就像第一點技巧中所描述的那樣。這樣就能輕易實現高速緩存、負載平衡（如果有多個Node.js服務器的話）等。

針對Modulus，一個應用程序容器平臺，有一篇非常有用的關於利用NGINX增壓Node.js應用程序性能的文章。由於Node.js都是靠自己完成所有的工作的，所以我們的網站平均每秒只能服務將近900個請求。使用NGINX作爲反向代理服務器，提供靜態內容，一個站點每秒可服務超過1600個請求——性能提升了近2倍。

性能的提升能讓你有時間採取額外措施以適應進訪問量的增長，如審查（或提高）網站設計，優化程序代碼，部署更多的應用程序服務器。

以下配置代碼適用運行於Modulus的網站：

server {
  listen 80;
  server_name static-test-47242.onmodulus.net;
  root /mnt/app;
  index index.html index.htm;
  location /static/ {
   try_files $uri $uri/ =404;
  }
  location /api/ {
   proxy_pass http://node-test-45750.onmodulus.net;
  }
}

例如，在Nginx位置塊中，你可能不想要緩存某些內容。例如，你通常不會想要緩存博客平臺的管理界面的。以下就是禁用[或免除]緩存Ghost管理界面的配置代碼：

location ~ ^/(?:ghost|signout) { 
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_pass http://ghost_upstream;
        add_header Cache-Control "no-cache, private, no-store,
        must-revalidate, max-stale=0, post-check=0, pre-check=0";
    }

緩存NGINX服務器上的靜態文件可以顯著減輕Node.js應用程序服務器的負載，讓它能夠達到更佳性能。

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3.實現Node.js負載平衡

Node.js應用高性能的真正關鍵運行多個應用程序服務器和平衡負載。

Node.js負載平衡可能特別棘手，因爲Node.js允許運行在web瀏覽器上的JavaScript代碼和運行在Node.js應用服務器上的JavaScript代碼做高水平的交互，同時使用JSON對象作爲數據交換的介質。這意味着，一個給定的客戶會話會持續運行在特定的應用程序服務器上，並且會話持久性用多個應用程序服務器天然地難以實現。

Internet和web的主要優點之一就是高度無國界，其中包括通過任意服務器訪問請求文件來滿足客戶端請求。Node.js顛覆了無國界，並且在有狀態的環境中——同一服務器始終如一地響應來自任意特定客戶端的請求——效果最好。

通過NGINX Plus，而非開源NGINX軟件，可以最好地滿足這個需求。NGINX的兩個版本頗爲相似，但一個主要區別就是它們對負載平衡算法的支持不同。

NGINX支持無狀態的負載均衡方法：

循環。新的請求會去往列表中的下一個服務器。
最少的連接。新的請求會去到活躍連接最少的服務器。
IP Hash。新的請求會去往哈希分配客戶端IP地址的服務器。

只是這些方法中的一種，IP Hash，可靠地發送指定客戶端請求到同一服務器，有利於Node.js應用程序。然而，IP Hash很容易導致某臺服務器收到的請求數量不成比例，在犧牲其他服務器的代價下，正如這一篇博客中描述的負載均衡技術那樣。此方法支持的有狀態是以犧牲潛在不理想的跨服務器資源的請求分配爲代價的。

不同於NGINX，NGINX Plus支持會話持久性。在使用會話持久性的時候，同一服務器還能可靠地接收來自指定客戶端的所有請求。 Node.js的優勢——在客戶端和服務器之間有狀態的通信，以及NGINX Plus的優勢——高級負載均衡能力，都達到最大化。

所以，你可以使用NGINX或NGINX Plus來支持多個Node.js服務器的負載均衡。只有NGINX纔有可能讓你最大化地實現負載均衡性能和友好的Node.js有狀態性。內置於NGINX的應用健康檢查以及監控功能也很有用。

NGINX Plus還支持會話維持，因此允許應用程序服務器在它採取停止服務的請求之後，還能優雅地完成當前會話。

4.代理WebSocket連接

HTTP，在所有版本里，是專爲“pull”通信——來自於服務器的客戶端請求文件設計的。WebSocket是一個允許“push”和“push/pull”通信的工具，即服務器可以主動發送客戶端沒有請求的文件。

WebSocket協議可以更容易地支持客戶端和服務器之間更堅固的相互作用，同時減少傳輸的數據量並最小化等待時間。當需要時，可以實現全雙工傳輸連接，也就是說根據需要客戶和服務器都可以發起並接收請求。

WebSocket協議具有強大的JavaScript接口，因此非常適合作爲應用服務器的Node.js——而且，對於事務量不多的web應用程序，也可以作爲web服務器。當事務量增加，那麼在客戶端和Node.js web服務器之間，多個應用服務器之間使用NGINX或NGINX Plus插入NGINX就有必要了。

Node.js通常與Socket.IO聯合使用，Socket.IO是一個WebSocket API，它在Node.js應用程序中很受歡迎。這可能會導致port 80（對於HTTP）或port 443（對於HTTPS）變得相當擁擠，而解決方法就是代理Socket.IO服務器。你可以使用NGINX作爲代理服務器中，就像前面說的那樣，並且還獲得其他的功能，例如靜態文件緩存，負載均衡等。

以下就是作爲server.js node應用程序文件監聽port 5000的代碼。它擔當了代理服務器（而不是web服務器）的角色，並路由請求到正確的端口：

var io = require('socket.io').listen(5000);
io.sockets.on('connection', function (socket) {
  socket.on('set nickname', function (name) {
    socket.set('nickname', name, function () {
      socket.emit('ready');
    });
  });
  socket.on('msg', function () {
    socket.get('nickname', function (err, name) {
      console.log('Chat message by ', name);
    });
  });
});

var socket = io(); // 這是你的初始化代碼。

有關完整的介紹，包括NGINX配置，請參閱此博客文章。有關這一類更深入的web應用程序潛在架構和基礎設施問題，請參閱此博客文章。

5.實現SSL / TLS和HTTP / 2

越來越多的網站使用SSL / TLS來保護網站上所有用戶的交互。你可以決定是否以及何時做出這個舉動，但如果你選擇了這麼做，那麼NGINX有兩種方式來支持這個轉變：

你可以在NGINX裏終止SSL / TLS連接到客戶端，如果你設置了NGINX作爲反向代理的話。 Node.js服務器使用Nginx反向代理服務器來來回回地發送和接收未加密的請求和內容。
早期跡象表明，使用HTTP / 2——新的HTTP協議的新版本——可以在很大程度上或完全抵消使用SSL / TLS強加的性能損失。 NGINX支持HTTP / 2，你可以終止HTTP / 2和SSL，而在Node.js應用服務器中無需做任何改變。

在你採取這些實現步驟的時候，你還需要更新在Node.js配置文件中的URL，建立和完善在NGINX配置中的安全連接，必要時還可以使用SPDY或HTTP / 2。添加HTTP / 2支持意味着瀏覽器版本使用新的協議支持HTTP / 2與應用程序進行通信：老版本的瀏覽器使用HTTP / 1.x。

下面的配置代碼適用於使用SPDY的Ghost博客。它包括一些高級功能，如OCSP stapling。使用NGINX用於SSL終端，包括OCSP stapling選項，看這裏。對於同一主題的概述，看這裏。

你需要做的輕微改動就是配置Node.js應用程序，從SPDY升級到HTTP / 2，時間可以是現在，也可以是2016年初SPDY支持消失的時候。

server {
   server_name domain.com;
   listen 443 ssl spdy;
   spdy_headers_comp 6;
   spdy_keepalive_timeout 300;
   keepalive_timeout 300;
   ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/domain.key;
   ssl_certificate /etc/nginx/ssl/domain.crt;
   ssl_session_cache shared:SSL:10m;  
   ssl_session_timeout 24h;           
   ssl_buffer_size 1400;              
   ssl_stapling on;
   ssl_stapling_verify on;
   ssl_trusted_certificate /etc/nginx/ssl/trust.crt;
   resolver 8.8.8.8 8.8.4.4 valid=300s;
   add_header Strict-Transport-Security 'max-age=31536000; includeSubDomains';
   add_header X-Cache $upstream_cache_status;
   location / {
        proxy_cache STATIC;
        proxy_cache_valid 200 30m;
        proxy_cache_valid 404 1m;
        proxy_pass http://ghost_upstream;
        proxy_ignore_headers X-Accel-Expires Expires Cache-Control;
        proxy_ignore_headers Set-Cookie;
        proxy_hide_header Set-Cookie;
        proxy_hide_header X-powered-by;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto https;
        proxy_set_header Host $http_host;
        expires 10m;
    }
    location /content/images {
        alias /path/to/ghost/content/images;
        access_log off;
        expires max;
    }
    location /assets {
        alias /path/to/ghost/themes/uno-master/assets;
        access_log off;
        expires max;
    }
    location /public {
        alias /path/to/ghost/built/public;
        access_log off;
        expires max;
    }
    location /ghost/scripts {
        alias /path/to/ghost/core/built/scripts;
        access_log off;
        expires max;
    }
    location ~ ^/(?:ghost|signout) { 
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_pass http://ghost_upstream;
        add_header Cache-Control "no-cache, private, no-store,
        must-revalidate, max-stale=0, post-check=0, pre-check=0";
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto https;
    }
}

結論

本文介紹了一些最重要的可以在Node.js應用程序佈置的性能改進。它着重於添加到應用程序的NGINX以及Node.js——通過使用NGINX作爲反向代理服務器，緩存靜態文件，負載均衡，代理WebSocket連接，並終止SSL / TLS和HTTP / 2協議。

NGINX和Node.js的結合，被廣泛認爲是一種創建新的微服務型應用程序或增加靈活性和性能到現有的基於SOA的使用Java或Microsoft .NET應用的方法。這篇文章可以幫助你優化Node.js應用程序，讓Node.js和NGINX的夥伴關係爲你所用。

提升 Node.js 應用性能的 5 個技巧

1.實現反向代理服務器

2.緩存靜態文件

3.實現Node.js負載平衡

4.代理WebSocket連接

5.實現SSL / TLS和HTTP / 2

結論

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