Ubuntu下Node.js应用如何进行性能调优 - 问答

Ubuntu下Node.js应用性能调优指南

一、系统级配置优化

1. 调整文件描述符限制

Node.js处理高并发时需大量文件描述符，需修改系统限制以避免“Too many open files”错误。

临时生效：执行ulimit -n 65535（仅当前会话有效）。
永久生效：编辑/etc/security/limits.conf，添加以下内容：
```
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535
```
编辑/etc/pam.d/common-session和/etc/pam.d/common-session-noninteractive，添加：
```
session required pam_limits.so
```
重启系统或重新登录使配置生效。

2. 优化内核参数

调整TCP/IP栈参数提升网络性能，编辑/etc/sysctl.conf：

net.core.somaxconn = 4096  # 监听队列最大长度
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 4096  # SYN队列长度
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535  # 可用端口范围
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1  # 复用TIME-WAIT连接
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30  # TIME-WAIT超时时间（秒）

执行sudo sysctl -p使配置生效。

3. 使用SSD存储

SSD的随机读写性能远优于传统HDD，能显著提升文件IO密集型应用（如数据库、日志处理）的性能。建议将Ubuntu系统和Node.js应用部署在NVMe SSD上。

二、Node.js应用自身优化

1. 升级至最新稳定版Node.js

新版本通常包含性能改进和bug修复。使用nvm（Node Version Manager）管理版本：

curl -o- https://raw.githubusercontent.com/nvm-sh/nvm/v0.39.7/install.sh | bash
nvm install --lts
nvm use --lts

避免使用过时版本（如Node.js 14及以下）。

2. 代码层面优化

异步非阻塞操作：用fs.promises.readFile()替代fs.readFileSync()，用async/await处理异步逻辑，避免阻塞事件循环。
内存管理：避免全局变量（如未声明的var变量），及时移除无用的事件监听器（emitter.off()），使用WeakMap/WeakSet管理缓存。
流（Stream）处理：处理大文件或网络数据时，用stream模块（如fs.createReadStream()）替代一次性读取，减少内存占用。

3. 集群模式（Cluster）

利用多核CPU提升并发能力。示例如下：

const cluster = require('cluster');
const os = require('os');

if (cluster.isMaster) {
  const numCPUs = os.cpus().length;
  console.log(`Master ${process.pid} is running with ${numCPUs} CPUs`);
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) cluster.fork(); // 创建工作进程
  cluster.on('exit', (worker) => console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`));
} else {
  require('./app.js'); // 工作进程启动应用
}

或使用PM2的-i max参数自动启动集群（见下文）。

4. V8引擎调优

通过命令行参数调整V8内存限制：

node --max-old-space-size=4096 app.js  # 设置堆内存上限为4GB（默认1.4GB）

适用于内存密集型应用（如大数据处理）。

三、进程与反向代理优化

1. 使用PM2进程管理器

PM2提供进程守护、负载均衡、日志管理、性能监控等功能。安装与使用：

sudo npm install pm2 -g
pm2 start app.js --name "my-app" -i max  # 启动集群（-i max表示按CPU核心数启动）
pm2 monit  # 实时监控CPU、内存
pm2 logs  # 查看日志
pm2 save  # 保存当前进程列表
pm2 startup  # 设置开机自启

PM2的集群模式会自动调用cluster模块，简化部署。

2. 配置反向代理

使用Nginx作为反向代理，处理静态文件、负载均衡和SSL卸载，减轻Node.js负担。示例Nginx配置：

server {
    listen 80;
    server_name example.com;

    location /static/ {
        alias /var/www/static/;  # 静态文件由Nginx直接处理
        expires 30d;
    }

    location / {
        proxy_pass http://localhost:3000;  # 转发到Node.js应用
        proxy_http_version 1.1;
        proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
        proxy_set_header Connection 'upgrade';
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_cache_bypass $http_upgrade;
    }
}

重启Nginx：sudo systemctl restart nginx。

四、性能监控与分析

1. 内置性能工具

Performance Hooks：监控代码性能，示例：

const { performance, PerformanceObserver } = require('perf_hooks');

const obs = new PerformanceObserver((items) => {
  console.log(items.getEntries()[0].duration); // 打印耗时
  performance.clearMarks();
});
obs.observe({ entryTypes: ['measure'] });

performance.mark('A');
// 需要监控的代码
performance.mark('B');
performance.measure('A to B', 'A', 'B');

process模块：实时获取内存和CPU使用情况：

setInterval(() => {
  console.log('Memory:', process.memoryUsage());
  console.log('CPU:', process.cpuUsage());
}, 5000);

2. 第三方监控工具

PM2内置监控：pm2 monit查看实时CPU、内存；pm2 plus提供云端监控。
APM工具：New Relic、Datadog提供全栈性能分析（如数据库查询、外部API调用）。
Prometheus + Grafana：自定义监控指标，可视化展示（如请求延迟、错误率）。

3. 系统级监控

top/htop：实时查看进程CPU、内存占用。
vmstat/iostat：监控系统整体资源使用（如内存交换、磁盘IO）。
netstat/iftop：查看网络连接状态和流量。

五、其他优化建议

优化数据库访问：为常用查询添加索引，使用连接池（如pg-pool for PostgreSQL），批量操作替代多次查询。
启用HTTP/2：通过Nginx或Node.js的spdy模块启用HTTP/2，提升多路复用性能。
代码分割与懒加载：前端应用使用Webpack的splitChunks分割代码，后端路由懒加载（如express.Router()）。

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