基于服务网格的Web应用性能优化策略研究

基于服务网格的Web应用性能优化策略研究

左利钢

摘要：由于Web架构的普及，使得服务网格这一新兴的信息技术在 Web领域发挥着日益突出的作用。但是，在采用服务网格技术的同时，也提出了一些新的问题。研究了一种以服务网格为基础的网络应用系统的性能优化方法，包括智能负载平衡、流量整形和限制流量、熔断和降级、通过缓存优化和监测预警技术，提高网络系统的响应速度、吞吐量和可靠性。

关键词：服务网格；Web应用；性能优化

一、引言

随着云计算与微业务的广泛使用，网络应用体系结构日趋复杂。服务网格（Service Mesh）是近年来兴起的一种新兴的信息技术，它提供了一种统一的、透明的方式来实现Web间的通讯。在服务网格中，通过一系列的智能体及控制面，完成了服务发现，负载平衡，融合等功能，网络应用的重试和路由功能大大提高了网络应用系统的可靠性、安全性和可观察性。但是，当它的规模越来越大，功能越来越强大时，它对 Web应用程序的性能所产生的冲击也越来越明显。在此背景下，开展面向服务网格的 Web软件系统的性能优化研究，是一项非常有实际意义的工作。

二、服务网格概述

服务网格是一种特殊的基础结构，它主要用于服务之间的通讯。它的任务是将请求安全地传送到当今的本地应用程序中。事实上，一个服务网格可以看作是一个由一系列的、对你的应用程式而言是完全透明的、与你的应用程式一同配置的网路代理。一个服务网格一般由两个部份组成，一个是资料面，一个是控制面。一个资料面包含一组网路代理人，它用来管理业务间的通讯。而在此基础上，通过对整个系统的组态进行全面的组态管理与监视，以保证整个系统的运作顺畅。通过将服务通讯与商业逻辑分离，服务网格允许开发者将注意力集中在商业能力的实施上，而不需要关注基础的网络通讯。

三、Web应用性能挑战

在Web框架下，网络程序的构造更加柔性、模块化。通过把单个的大应用分解成一系列的小的，独立的服务，每一个服务只负责一个具体的商业职能，这样就可以更有效地开发，部署和扩充应用程序。但是，这样一种分布结构的出现，对系统的性能提出了更高的要求。

时延问题尤其严重。在微业务体系结构中，一个简单的用户要求要被多个业务共同执行。各业务间的通讯必须经由网路完成，并且经常要透过一组网路代理人与中介，例如负载均衡器， API网关等。这种附加的网路跳跃以及使用中介的过程，都会造成要求时延，因此会对使用者的使用造成负面的影响。

同时，网络的传输速率也是限制网络性能的一个重要原因。由于业务数目和业务需求的不断增大，导致了对网络带宽的需求快速增长。若网路频宽不够，则会造成资料传送速率降低，造成网路反应速率下降。另外，由于大规模的数据传送，会使网路的阻塞、封包丢失等现象变得更加严重。

在Web结构中，可靠性也是一个不容忽视的问题。服务间的通讯是以网络为基础的，所以当网路故障或无法使用时，会造成无法执行的要求。尤其是在高并发性环境中，当一个服务失效时，将会引起一系列的连锁效应，造成系统的整体效能降低乃至瘫痪。另外，由于服务间的相关性，错误的扩散更加困难，更加不可预测。

四、基于服务网格的性能优化策略

（一）智能负载均衡

在网络体系结构中，一个重要的功能就是实现灵活的负载平衡。在此基础上，利用服务网格内的节点智能体，实现对各个节点的负载状态、处理能力、反应速度等重要性能的在线监测。在此基础上，根据所得到的数据，可以对业务的分布进行动态的优化，以保证业务的有效分布。该策略既可以有效地解决单个节点的负载超载问题，又可以有效地平衡网络的负荷，提升网络的总体性能。

基于不同的要求特性，智能化的负荷平衡也可以实现精确的控制。比如，可以按照要求的优先级、来源地和用户类型等因素，对重要服务的高优先级要求进行优先级分配。该方法可以很好的适应企业的业务要求，提高客户的使用体验。

（二）流量整形与限流

在业务网格中，流量成形与限制是又一项关键的性能优化措施。在 Web体系结构中，服务间存在着非常复杂的相关性，其中一种服务失效将会影响到整体的性能。通过对一个业务或者一个整体的要求进行限定，可以避免由于大量的请求引起的性能问题。

该服务网格能够按照预先设定的原则或政策，对数据流进行成形与限制。比如，您可以为每种业务设定最大的请求数量、并行数量或者回应时间，如果超出了这个限制，就会被自动地拒绝或者推迟对某些请求的处理。

（三）熔断与降级

在服务网络环境下，熔解和降级是一种非常有效的解决方案。在网络体系结构中，由于服务间存在着相互依存的特性，任何一种业务发生失效都会对其它业务造成严重的后果。所以，在一个服务失效或者性能降低的情况下，必须对其进行快速的处理以阻止失效的蔓延。

服务网格能够对网络中的业务进行实时监测，并在发现有业务发生异常或超时，能够在短时间内启动保险丝。熔线将临时中断与此业务的联系，阻断向此业务发出更多的请求，以防止失效蔓延。同时，它也能对业务进行降级。在一个不可用的服务中，通过使用精简的版本或者使用缺省的方法，来确保您的系统的基本可用性。

（四）缓存优化

缓存优化是提高 Web应用程序运行效率的一种有效途径。在 Web体系结构下，业务间的通讯必须经由网路进行，所以网路时延与频宽已成为网路效能的「瓶颈」。在此基础上，充分发挥了服务网格的高速缓存特性，降低了系统对数据的处理能力。

该服务网格能够对热点或者运算的结果进行缓存，并且将其直接发送到随后的请求中，这样就可以减少对节点的运算以及对节点的转发。在此基础上，通过对高速缓存的数据进行处理，使高速缓存的信息更加准确、高效。

（五）监控与告警

监测和报警对于保证网络系统运行的稳定性具有非常重要的意义。该服务网格具有丰富的监测与报警能力，能够对业务请求量、响应时间、误报率等性能参数进行实时采集与分析。通过监测与分析，能够及时地检测出系统的运行问题，并加以解决。

服务网格也支援设定报警临界值及触发情况。如果业务的某些性能指数超出了预先设定的界限，系统就会启动警报，提醒有关的工作人员采取相应的措施。实时报警可以使维护部门迅速查找并排除系统出现的问题，从而防止系统出现重大损失。利用监视和报警等函数，可以对网络中的软件进行全方位的监测和管理，保证了软件的稳定和可靠。

五、结论

服务网格是近年来兴起的一种新兴的互联网架构，它对 Web应用程序的性能进行了有效的优化。实现了智能负载平衡，流量整形和限流，熔断和降级；通过对网络缓存进行优化，结合监测预警机制，提高网络的响应速度，提高网络的吞吐量，提高系统的可靠性。但是，在实际应用中还应注意合理规划，不断更新，并与运营小组密切合作。在将来，随着它的发展与改进，它将会在 Web程序的性能优化方面起到越来越大的作用。

参考文献

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