使用Node.js了解和测量HTTP花费的时间

了解和测量HTTP时间有助于我们发现客户端到服务器服务器到服务器之间的通信性能瓶颈。 本文介绍了HTTP请求中的时间开销,并展示了如何在Node.js中进行测量。

在我们开始了解HTTP时间开销之前,让我们来看一些基本的概念:

  • IP(互联网协议):IP是网络层协议,涉及网络寻址和路由。 IP负责根据一个或多个IP网络上的数据包头将数据包从源主机传送到目标主机。 它还定义了封装要传递的数据的数据包结构。
  • DNS(域名服务器):DNS是一种分层分散式命名系统,用于将诸如risingstack.com的人类可读主机名解析为机器可读的IP地址。
  • TCP(传输控制协议):TCP标准定义了如何在应用程序之间建立和维护网络对话以交换数据。 TCP在通过IP网络通信的主机上运行的应用程序之间提供可靠,有序和错误检查的八位字节流。 HTTP客户端通过建立TCP连接来发起请求。
  • SSL / TLS(传输层安全性):TLS是一种通过计算机网络提供通信安全性的加密协议。 SSL(安全套接字层)是TLS的不推荐使用的前身。 TLS和SSL都使用证书建立安全连接。 SSL证书不依赖于加密协议(如TLS),证书包含密钥对:公钥和私钥。 这些密钥一起工作,建立一个加密的连接。

现在我们来看一下通常HTTP请求的时间表:

  • DNS查找:执行DNS查找所花费的时间。 DNS查找将域名解析为IP地址。 每个新的域需要一个完整的往返行程来进行DNS查找。 当目的地已经是IP地址时,没有DNS查找。
  • TCP连接:在源主机和目标主机之间建立TCP连接所需的时间。 必须在多步握手过程中正确建立连接。 TCP连接由操作系统管理,如果基础TCP连接无法建立,则OS范围的TCP连接超时将会进入我们应用程序中的超时配置。
  • TLS握手:完成TLS握手的时间。 在握手过程中,端点交换认证和密钥以建立或恢复安全会话。 没有HTTPS请求的不需要TLS握手。
  • 第一个字节的时间(TTFB):等待初始响应的时间。 此时间除了等待服务器处理请求和传递响应所花费的时间之外,还可以捕获往返服务器的延迟。
  • 内容传输:接收响应数据所花费的时间。 响应数据的大小和可用的网络带宽决定其持续时间。

如何通过HTTP时间开销帮助发现性能瓶颈?

例如,如果您的DNS查询所花费的时间比预期的要长,那么问题可能是您的DNS提供商或DNS缓存设置。

缓慢的内容传输可能是由效率低下的反应机构引起的,例如发回太多的数据(未使用的JSON属性等)或缓慢的连接。

测量Node.js中的HTTP时间开销

为了测量Node.js中的HTTP时间开销,我们需要订阅特定的请求,响应和套接字事件。 这是一个简短的代码片段,展示了如何在Node.js中执行此操作,此示例仅关注时序:

const timings = {
    // use process.hrtime() as it's not a subject of clock drift
    startAt: process.hrtime(),
    dnsLookupAt: undefined,
    tcpConnectionAt: undefined,
    tlsHandshakeAt: undefined,
    firstByteAt: undefined,
    endAt: undefined
  }

  const req = http.request({ ... }, (res) => {
    res.once('readable', () => {
      timings.firstByteAt = process.hrtime()
    })
    res.on('data', (chunk) => { responseBody += chunk })
    res.on('end', () => {
      timings.endAt = process.hrtime()
    })
  })
  req.on('socket', (socket) => {
    socket.on('lookup', () => {
      timings.dnsLookupAt = process.hrtime()
    })
    socket.on('connect', () => {
      timings.tcpConnectionAt = process.hrtime()
    })
    socket.on('secureConnect', () => {
      timings.tlsHandshakeAt = process.hrtime()
    })
  }) 

DNS查找只会发生在有域名的时候:

/ There is no DNS lookup with IP address
const dnsLookup = dnsLookupAt !== undefined ?  
  getDuration(startAt, dnsLookupAt) : undefined

TCP连接在主机解析后立即发生:

const tcpConnection = getDuration((dnsLookupAt || startAt), tcpConnectionAt)  

TLS握手(SSL)只能使用https协议:

// There is no TLS handshake without https    
const tlsHandshake = tlsHandshakeAt !== undefined ?  
      getDuration(tcpConnectionAt, tlsHandshakeAt) : undefined

我们等待服务器开始发送第一个字节

const firstByte = getDuration((tlsHandshakeAt || tcpConnectionAt), firstByteAt)  

总持续时间从开始和结束日期计算:

const total = getDuration(startAt, endAt)  

看到整个例子,看看我们的https://github.com/RisingStac...仓库。

测量时间的工具

现在我们知道如何使用Node测量HTTP时间,我们来讨论可用于了解HTTP请求的现有工具。

request module

著名的request module具有测量HTTP定时的内置方法。 您可以使用time属性启用它。

const request = require('request')

request({  
  uri: 'https://risingstack.com',
  method: 'GET',
  time: true
}, (err, resp) => {
  console.log(err || resp.timings)
})

分布式跟踪

可以使用分布式跟踪工具收集HTTP定时,并在时间轴上可视化它们。 这样,您可以全面了解后台发生的情况,以及构建分布式系统的实际成本是多少。

RisingStack的opentracing-auto库具有内置的标志,可通过OpenTracing收集所有HTTP时间。

在Jaeger中使用opentracing-auto的HTTP请求时序。

总结

使用Node.js测量HTTP时间可以帮助您发现性能瓶颈。 Node生态系统提供了很好的工具来从应用程序中提取这些指标。

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