使用Node.js理解和测量HTTP时序

编者按：本文由jojo.zhou在众成翻译平台上翻译。

理解和测量HTTP时序帮助我们去发现客户端与服务器、服务器与服务器之间通信的性能瓶颈。本文阐述了在一次HTTP请求中的时序，并展示了如何在Node.js中进行测量。

在我们谈及到HTTP时序之前，让我们看一下基本的概念：

• IP(Internet Protocol) ： IP是网络层的协议，处理网络地址和路由。IP的责任是根据数据包的头部信息，通过一个或更多的IP网络，将源主机的包传送到目的主机，它还定义了用于封装分发数据的包结构。

• DNS(Domain Name Servers) : DNS是一种分层分散式的命名系统。用于将类似于risingstack.com的人类可读的域名解析为机器可读的IP地址。

• TCP(Transmission Control Protocol)：TCP标准定义了在应用交换数据时，如何去建立和保持网络会话。TCP为运行在IP网络请求的应用程序提供了可靠、有序、和错误检查的八位字节流。HTTP的客户端通过建立TCP连接来发起请求。

• SSL/TLS(Transport Layer Security)：TLS是一种通过计算机网络提供通信安全的加密协议。SSL（Secure Sockets Layer）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，让我们看一下一次普通的HTTP请求时间轴

时间段的解释：

• DNS Lookup： DNS的查询时间。DNS查询解决了域名到IP的解析。每一个新的域名需要一个完整的往返来完成域名的查询。当目的地已经在IP地址时，DNS的查询便结束了。

• TCP Connection： TCP连接源主机和目的主机的时间。连接必须正确地建立在多次握手过程中。TCP的连接被操作系统所管理，如果在TCP之下的连接无法被连接，操作系统范围内的TCP连接超时将超出我们应用范围内的超时配置。

• TLS handshake：完成一次TLS的握手时间。在握手过程中，端点交换认证和密钥来建立和恢复安全的会话。没有HTTPS的请求就没有TLS握手。

• Time to First Byte(TTFB)： 初始响应的时间。这个时间除了等待服务器处理请求和返回响应的时间之外，还可以捕获往返服务器的延迟。

• Content Transfer： 接受数据的时间。它的长度取决于返回数据的大小和可用的网络带宽。

如何借助HTTP时序发现性能瓶颈？

举个例子：如果你的DNS查询比你期望的时间更长，这个问题可能是因为你的DNS供应商或者DNS缓存设置引起的。

当Time to First Byte比预期更长时，应该检查端点之间的延迟，还有当前服务器的负载。

Content Transfer过慢可能是由于返回的数据太大不够高效(无用的JSON属性值等)或者过慢的网络连接等。

使用Node.js测量HTTP的请求时序

使用Node.js测量HTTP的时序，我们需要订阅一个特定的HTTP请求、响应和socket事件。这里有一个只关注时序的简短Node.js代码片段。

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.'end', () => {
      timings.endAt = process.hrtime()
    })
  })
  req.'socket', (socket) => {
    socket.'lookup', () => {
      timings.dnsLookupAt = process.hrtime()
    })
    socket.'connect', () => {
      timings.tcpConnectionAt = process.'secureConnect', () => {
      timings.tlsHandshakeAt = process.hrtime()
    })
  })

DNS Lookup(DNS查询) 只在有域名的情况才有：

// There is no DNS lookup with IP address

const dnsLookup = dnsLookupAt !== undefined ?

  getDuration(startAt, dnsLookupAt) : undefined

TCP Connection(TCP连接)当host被解析后会立刻建立连接:

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

TLS handshake (SSL) 只发生在HTTPS的请求协议中:

// There is no TLS handshake without https

const tlsHandshake = tlsHandshakeAt !== undefined ?

      getDuration(tcpConnectionAt, tlsHandshakeAt) : undefined

我们等待服务器去发送 First Byte(第一个字节):

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

Content Transfer(内容传送) 开始于第一个字节流:

const contentTransfer = getDuration(firstByteAt, endAt)

Total Duration(总共持续时长) 由开始到最后的计算:

const total = 在GitHub上查看完整的代码：example

使用工具测量时序

现在我们已经知道了Node去测量HTTP时序，让我们看一下现有的能帮助你理解HTTP请求的工具。

request 模块

流行的request模块具有内置的HTTP时序测量方法。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)

})

分布式追踪

可以使用分布式跟踪工具收集HTTP时序，并在时间轴上可视化地显示它们。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，可以通过OpenTracing收集所有的HTTP时序。

在Jaeger中使用opentracing-auto测量HTTP时序。

总结

使用Node.js测量HTTP的时序可以帮助发现性能瓶颈。Node的生态系统提供了很多好工具帮你从应用中提取这些指标。

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