Linux:高并发Web服务的演变——节约系统内存和CPU
June 1, 2015
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一、越来越多的并发连接数
现在的Web系统面对的并发连接数在近几年呈现指数增长，高并发成为了一种常态，给Web系统带来不小的挑战。以最简单粗暴的方式解决，就是增加Web系统的机器和升级硬件配置。虽然现在的硬件越来越便宜，但是一味地通过增加机器来解决并发量的增长，成本是非常高昂的。结合技术优化方案，才是更有效的解决方法。
并发连接数为什么呈指数增长？实际上，从这几年的用户基数上看，这个数量并没有出现指数增长，因此它并非主要原因。主要原因，还是web变得更复杂，交互更丰富所导致的。
1. 页面元素增多，交互复杂
Web页面元素越来越多，更为丰富。更多的资源元素，意味着更多的下载请求。Web系统的交互越来越复杂，交互场景和次数也大幅增加。以“www.qq.com”的首页为例子，刷新一次，大概会有244个请求。并且，在页面打开完成之后，还会有一些定时的查询或者上报请求持续运作。
目前的Http请求，为了减少反复的创建和销毁连接行为，通常都建立长连接（Connection keep-alive）。一经建立，这个连接会被保持住一段时间，被后续请求复用。然而，它也带来了另一个新的问题，连接的保持是会占用Web系统服务端资源的，如果不充分使用这个连接，会导致资源浪费。长连接被创建后，首批资源传输完毕，之后几乎没有数据交互，一直到超时时间，才会自动释放长连接占据的系统资源。
除此之外，还有一些Web需求本身就需要长期保持连接的，例如Web socket。
2. 主流的本浏览器的连接数在增加
面对越来越丰富的Web资源，主流浏览器并发连接数也在增加，同一个域下，早期的浏览器一般只有1-2个下载连接，而目前的主流浏览器通常在2-6个。增加浏览器并发连接数目，在需要下载资源比较多的场景下，可以加快页面的加载速度。更多的连接对浏览器加载页面元素是有好处的，在某些连接遭遇“网络阻塞”的情况下，其他正常的下载连接可以继续工作。
这样自然无形增加了Web系统后端的压力，更多的下载连接意味着占据了更多的Web服务器的资源。而在用户访问高峰期，自热而然就形成了“高并发”场景。这些连接和请求，占据了服务器的大量CPU和内存等资源。尤其在资源数目超过100+的网站页面中，使用更多的下载连接，非常有必要。
二、Web前端优化，降低服务端压力
在缓解“高并发”的压力，需要前端和后端的共同配合优化，才能达到最大效果。在用户第一线的Web前端，可以起到减少或者减轻Http请求的效果。
1. 减少Web请求
常用的实现方法是通过Http协议头中的expire或max-age来控制，将静态内容放入浏览器的本地缓存，在之后的一段时间里，不再请求Web服务器，直接使用本地资源。还有HTML5中的本地存储技术（LocalStorage），也被作为一个强大的数据本地缓存。
这种方案缓存后，根本不发送请求到Web服务器，大幅降低服务器压力，也带来了良好的用户体验。但是，这种方案，对首次访问的用户无效，同时，也影响部分Web资源的实时性。
2. 减轻Web请求
浏览器的本地缓存是存在过期时间的，一旦过期，就必须重新向服务器请求。这个时候，会有两种情形：
（1）服务器的资源内容没有更新，浏览器请求Web资源，服务器回复“可以继续使用本地缓存”。（发生通信，但是Web服务器只需要做简单“回复”）
（2）服务器的文件或者内容已经更新，浏览器请求Web资源，Web服务器通过网络传输新的资源内容。（发生通信，Web服务器需要完成复杂的传输工作）
这里的协商方式是通过Http协议的Last-Modified或Etag来控制，这个时候请求服务器，如果是内容没有发生变更的情况，服务器会返回304 Not Modified。这样的话，就不需要每次请求Web服务器都做复杂的传输完整数据文件的工作，只要简单的http应答就可以达到相同的效果。
虽然上述请求，起到“减轻”Web服务器的压力，但是连接仍然被建立，请求也发生了。
3. 合并页面请求
如果是比较老一些的Web开发者，应该会更有印象，在ajax盛行之前。页面大部分都是直接输出的，并没有这么多的ajax请求，Web后端将页面内容完全拼凑好了，再返回给前端。那个时候，页面静态化，是一个挺广泛的优化方式。后来，被交互更友好的ajax渐渐替代了，一个页面的请求也变得越来越多。
由于移动端的网络（2G/3G）比起PC宽带差很多，并且部分手机配置比较低，面对一个超过100个请求的网页，加载的速度会缓慢很多。于是，优化的方向又重新回到合并页面元素，减少请求数量：
（1）合并HTML展示内容。将CSS和JS直接嵌入到HTML页面内，不通过连接的方式引入。
（2）Ajax动态内容合并请求。对于动态内容，将10次Ajax请求合并为1次的批量信息查询。
（3）小图片合并，通过CSS的偏移量技术Sprites，将很多小图片合并为一张。这个优化方式，在PC端的Web优化中，也非常常见。
合并请求，减少了传输数据的次数，也就是相当于将它们从一个一个地请求，变为一次的“批量”请求。上述优化方法，到达“减轻”Web服务器压力的目的，减少了需要建立的连接。
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