高效的系統開發要領(5)努力瘦身，輕鬆通過對外頻寬的瓶頸

一般Web應用程式的架構分為四層：用戶端層、HTTP伺服器層、Web應用程式層，以及資料庫層。使用者所操作、檢視的介面，是位於用戶端的瀏覽器。HTTP伺服器在小型的系統，有時會被省去，讓Web伺服器獨立負擔HTTP連線的處理。例如，現在頗多以Java開發的網站，直接利用Tomcat，讓它兼負Web應用程式伺服器及HTTP伺服器的雙重角色。

但對大型的網站而言，利用Tomcat這樣的Web應用程式伺服器，去處理大量並行的HTTP連線，能力並不足夠。因此，多半會以Apache或lighttpd之類的HTTP伺服器，先承接外界送進來的HTTP連線，再由HTTP伺服器將HTTP連線轉接至Web伺服器。

Web可能的效能瓶頸：頻寬、Server Pool、Thread Pool及資料庫
這樣的架構就決定了Web應用程式的效能特性。HTTP是一種無狀態（Stateless）的通訊協定。系統提供服務，是以成對的HTTP請求及HTTP回應為基本單位。所以，分析單一HTTP請求的執行路徑，可以了解和效能有關的因素有那些。

當HTTP請求從瀏覽器端被發送出來之後，會透過網路傳送至主機。接著主機上的HTTP伺服器，通常會透過獨立程序或獨立執行緒的方式，「伺服」此一請求。而這些獨立的程序或執行緒，概念上通常會利用「Server Pool」管理。

此時，HTTP伺服器上的伺服程序或執行緒，會再以HTTP的方式將所收到的請求，轉遞至Web伺服器。而Web伺服器通常也會利用獨立的執行緒「伺服」這個請求，而且同樣利用「Thread Pool」管理執行緒。Web伺服器上伺服請求的執行緒，便是執行Web應用程式的主要場域及載體。一般來說，Web應用程式多半會涉及到資料庫存取的動作，以實作出適宜的事務邏輯。

了解伺服HTTP請求的整個執行路徑之後，便可以藉此討論可能的瓶頸。可能的幾個限制包括：頻寬限制、Server Pool限制、Thread Pool限制及資料庫限制。

頻寬限制是網站對外的網路頻寬限制。倘若對外的網路頻寬消耗過大，就會影響到提供給用戶的效能表現。Server Pool的容量如果過小，那麼同時間能伺服的HTTP請求數就會很少。因此，Server Pool的容量倘若不夠大，便有可能形成效能的瓶頸。

這麼說起來，似乎將Server Pool的容量調得越大，就越能提供好的效能？不過，還有一個限制。當Server Pool設得越大，便會有越多的額外負擔產生：越多程序便會讓作業系統的Context Switch負擔加重，也會消耗更多的資源，例如記憶體空間。

因此，Server Pool的大小，必須視系統所擁有的資源而設定，同理可類推，Web伺服器的Thread Pool大小也具備相似的性質。最後，資料庫的限制：對資料庫同時進行太多的存取動作，一樣會導致效能低落。

以上4個部分，是Web應用程式可能發生效能問題的地點。當然，Web應用程式和一般的應用程式一樣，也可能出現處理器運算或檔案存取的效能障礙，但解決方法並沒有不同。

降低頻寬消耗方法1：檢討圖檔與JavaScript的設定
倘若透過效能量測的工具，發現效能的瓶頸發生在對外的頻寬。那麼，就必須降低由主機對外的頻寬消耗。這會需要由多方面一起努力。

首先要做的功課是審視網站對外輸出檔案的大小。你可以安裝一些用於網站偵錯工作的本地端Proxy（例如以Java寫成的Charles），或是使用FireFox可額外加裝的FireBug工具，以便了解瀏覽器所送出請求，以及取得回應的細節資訊。

最常發生的問題包括圖檔過大、內含太多不需要的JavaScript檔、未設定快取、過長的HTML及檔案未分流等原因。

圖檔過大的問題，其實透過降低所用的顏色數，或採用較高的壓縮比，都能夠在些微降低視覺效果的情況下，大幅減少檔案大小。

在Ajax當道的今日，許多程式人應用現成的AJAX Framework或JavaScript程式庫，提供更豐富多變的視覺效果及使用者體驗。但是，這些程式庫多半基於通用的考量，使得體積龐大。

即使有些網頁程式不用程式庫，但程式人可能疏於留意，在所有網頁上都將它們含括進來，使得使用者瀏覽每個網頁時，都得耗費許多時間下載，而這也同時迫使伺服器必須耗費頻寬。

降低頻寬消耗方法2：壓縮HTTP內容，可能省下90％的頻寬
HTTP協定中定義了伺服器端指示瀏覽器端進行內容快取的方式，所以適合快取的檔案，可以透過HTTP伺服器、Web伺服器，或甚至在網頁程式中，直接指定快取。

不過，程式人可能在JSP/ASP之類的網頁程式，輸出過長的HTML。由於這些網頁程式所產生的內容都是極為動態的，所以沒有辦法指示瀏覽器快取，以減少對頻寬使用的傷害。

有一個解決的方式可以處理，就是壓縮輸出的HTML內容。HTTP協定也考量到這一點，當瀏覽器告知伺服器支援壓縮（從HTTP請求的Accept-Encoding header）時，伺服器便可以對網頁內容進行GZIP之類的壓縮，並利用Content-Encoding的Header，告訴瀏覽器它所回傳的內容乃是經過壓縮的。

常見的Web伺服器都有內建壓縮的功能，只需設定即可。針對文字檔案的壓縮，功效頗大。我曾看過一個首頁60KB以上的網站，在壓縮後只剩下6KB左右的大小，幾乎都有接近10倍的效果。這意謂網站可以省下9/10的頻寬消耗。

降低頻寬消耗方法3：分流靜態檔案，鬆綁頻寬限制
許多網站是以主機代管的方式營運。這種情況下，頻寬的費用相對的高昂（起碼在臺灣如此）。但其實許多網站上提供的內容，並不一定要和主機放置在一塊。這些內容也許是靜態的圖檔或影片，並不倚靠任何動態邏輯產生，所以不見得需要放置在機房中，消耗那相較而言比較昂貴的頻寬。

事實上，有許多虛擬主機的服務（尤其是在美國），需要的費用都很低廉。倘若能夠將靜態的圖檔或影片，分流至機房外的虛擬主機，便可以讓輸入這些檔案的頻寬成本降低。

此外，某些ISP提供Reverse Proxy的服務，允許企業輕易地將內容發布到他們所提供的代理伺服器之上，不僅能將網路流量的消耗導到ISP端，透過Reverse Proxy自動取得主機內容的方式，更可以簡化發布方式。相較於另行採用外部虛擬主機的方式，可以說是輕鬆許多。

《作者簡介》王建興
清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。

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