本文采用另一種策略對動靜分離進行演示，它的大致結構如圖 2 所示。
圖 2. 本文設計的動靜分離結構
在本文中，我們將靜態資源放在 A 主機的一個目錄上，將動態程序放在 B 主機上，同時在 A 上安裝 Nginx 并且在 B 上安裝 Tomcat。配置 Nginx，當請求的是 html、jpg 等靜態資源時，就訪問 A 主機上的靜態資源目錄；當用戶提出動態資源的請求時，則將請求轉發到后端的 B 服務器上，交由 Tomcat 處理，再由 Nginx 將結果返回給請求端。
提到這，可能有您會有疑問，動態請求要先訪問 A，A 轉發訪問 B，再由 B 返回結果給 A，A 最后又將結果返回給客戶端，這是不是有點多余。初看的確多余，但是這樣做至少有 2 點好處。第一，為負載均衡做準備，因為隨著系統的發展壯大，只用一臺 B 來處理動態請求顯然是是不夠的，要有 B1，B2 等等才行。那么基于圖 2 的結構，就可以直接擴展 B1，B2，再修改 Nginx 的配置就可以實現 B1 和 B2 的負載均衡。第二，對于程序開發而言，這種結構的程序撰寫和單臺主機沒有區別。我們假設只用一臺 Tomcat 作為服務器，那么凡是靜態資源，如圖片、CSS 代碼，就需要編寫類似這樣的訪問代碼：<img src=”{address of A}/a.jpg”>，當靜態資源過多，需要擴展出其他的服務器來安放靜態資源時，訪問這些資源就可能要編寫這樣的代碼：<img src=”{address of C}/a.jpg”>、<img src=”{address of D}/a.jpg”>。可以看到，當服務器進行變更或擴展時，代碼也要隨之做出修改，對于程序開發和維護來說非常困難。而基于上面的結構，程序都只要 <img src=”a.jpg”>，無需關心具體放置資源的服務器地址，因為具體的地址 Nginx 為幫您綁定和選擇。
按照圖 2 所示的架構圖，安裝好需要的軟件 Nginx 和 Tomcat。按照設想，對 Nginx 的配置文件 nginx.conf 進行配置，其中與本文該部分相關的配置如清單 2 所示。
清單 2. 動靜分離的 Nginx 配置
# 轉發的服務器，upstream 為負載均衡做準備
upstream tomcat_server{
server 192.168.1.117:8080;
}
server {
listen 9090;
server_name localhost;
index index.html index.htm index.jsp;
charset koi8-r;
# 靜態資源存放目錄
root /home/wq243221863/Desktop/ROOT;
access_log logs/host.access.log main;
# 動態請求的轉發
location ~ .*.jsp$ {
proxy_pass http://tomcat_server;
proxy_set_header Host $host;
}
# 靜態請求直接讀取
location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|css)$ {
expires 30d;
}
……
清單 2 十分簡潔，其目的和我們預期的一樣，動態的請求（以 .jsp 結尾）發到 B（192.168.1.117：8080，即 tomcat_server）上，而靜態的請求（gif|jpg 等）則直接訪問定義的 root（/home/wq243221863/Desktop/ROOT）目錄。這個 root 目錄我直接將其放到 Linux 的桌面 ROOT 文件夾。
接下來在 Tomcat 中新建 Web 項目，很簡單，我們只為其添加一個 test.jsp 文件，目錄結構如圖 3 所示。
圖 3. B 上的測試項目結構
而我們定義了一張測試用的靜態圖片，放置在 A 的桌面 ROOT/seperate 目錄下。結構如圖 4 所示
圖 4. A 上的靜態資源文件夾結構
注意 ： 這里的 separate 目錄名是與 B 的項目文件夾同名的 。
再查看圖 3 中的 test.jsp 的源碼。如清單 3 所示。
清單 3. test.jsp 源碼
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
pageEncoding="UTF-8"%>
<%@ page import="java.util.Date" %>
<%@ page import="java.text.SimpleDateFormat" %>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/
html4/loose.dtd">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<title>動靜分離的測試</title>
</head>
<body>
<div>這是動態腳本處理的結果</div><br>
<% //這是一段測試的動態腳本
Date now=new Date();
SimpleDateFormat f=new SimpleDateFormat("現在是"+"yyyy年MM月dd日E kk點mm分");
%>
<%=f.format(now)%>
<br><br>
<div>這是靜態資源的請求結果</div><br><img alt="靜態資源" src="jquery.gif">
</body>
</html>
清單 3 是一個非常簡單的 JSP 頁面，主要是使用 img 標簽來訪問 jquery.gif，我們知道 test.jsp 在 B 服務器上，而 jquery.gif 在 A 服務器上。用于訪問 jquery.gif 的代碼里不需要指定 A 的地址，而是直接使用相對路徑即可，就好像該圖片也在 B 上一樣，這就是本結構的一個優點了。我們在 A 上訪問 test.jsp 文件。結果如圖 5 所示。
圖 5. test.jsp 的結果
非常順利，完全按照我們的想法實現了動靜分離！
我們初步完成了動靜分離的配置，但是究竟動靜分離如何提高我們的程序性能我們還不得而知，我們將 Tomcat 服務器也遷移到 A 服務器上，同時將 jquery.gif 拷貝一份到 separate 項目目錄下，圖 3 的結構變為圖 6 所示。
圖 6. 拷貝 jquery.gif 的 separate 項目
我們將 Tomcat 的端口設置為 8080，Nginx 的端口依然是 9090。現在訪問 http://localhost:9090/separate/test.jsp（未使用動靜分離）和訪問 http://localhost:8080/separate/test.jsp（使用了動靜分離）的效果是一樣的了。只是 8080 端口的靜態資源由 Tomcat 處理，而 9090 則是由 Nginx 處理。我們使用 Apache 的 AB 壓力測試工具，對 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif、http://localhost:9090/seperate/jquery.gif、http://localhost:8080/seperate/test.jsp、http://localhost:9090/seperate/test.jsp 分別進行壓力和吞吐率測試。
首先，對靜態資源（jquery.gif）的處理結果如清單 4 所示。
清單 4. 靜態資源的 AB 測試
測試腳本：ab -c 100 -n 1000 http://localhost:{port}/seperate/jquery.gif
9090 端口，也就是 Nginx 的測試結果：
Concurrency Level: 100
Time taken for tests: 0.441 seconds
Complete requests: 1000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Total transferred: 4497000 bytes
HTML transferred: 4213000 bytes
Requests per second: 2267.92 [#/sec] (mean)
Time per request: 44.093 [ms] (mean)
Time per request: 0.441 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 9959.82 [Kbytes/sec] received
8080 端口，也就是 Tomcat 的測試結果：
Concurrency Level: 100
Time taken for tests: 1.869 seconds
Complete requests: 1000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Total transferred: 4460000 bytes
HTML transferred: 4213000 bytes
Requests per second: 535.12 [#/sec] (mean)
Time per request: 186.875 [ms] (mean)
Time per request: 1.869 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 2330.69 [Kbytes/sec] received
清單 4 的測試腳本代表同時處理 100 個請求并下載 1000 次 jquery.gif 文件，您可以只關注清單 4 的粗體部分（Requests per second 代表吞吐率），從內容上就可以看出 Nginx 實現動靜分離的優勢了，動靜分離每秒可以處理 2267 個請求，而不使用則只可以處理 535 個請求，由此可見動靜分離后效率的提升是顯著的。
您還會關心，動態請求的轉發，會導致動態腳本的處理效率降低嗎？降低的話又降低多少呢？因此我再用 AB 工具對 test.jsp 進行測試，結果如清單 5 所示。
清單 5. 動態腳本的 AB 測試
測試腳本：ab -c 1000 -n 1000 http://localhost:{port}/seperate/test.jsp
9090 端口，也就是 Nginx 的測試結果：
Concurrency Level: 100
Time taken for tests: 0.420 seconds
Complete requests: 1000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Total transferred: 709000 bytes
HTML transferred: 469000 bytes
Requests per second: 2380.97 [#/sec] (mean)
Time per request: 42.000 [ms] (mean)
Time per request: 0.420 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 1648.54 [Kbytes/sec] received
8080 端口，也就是 Tomcat 的測試結果：
Concurrency Level: 100
Time taken for tests: 0.376 seconds
Complete requests: 1000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Total transferred: 714000 bytes
HTML transferred: 469000 bytes
Requests per second: 2660.06 [#/sec] (mean)
Time per request: 37.593 [ms] (mean)
Time per request: 0.376 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 1854.77 [Kbytes/sec] received
經過筆者的多次測試，得出了清單 5 的較為穩定的測試結果，可以看到在使用 Nginx 實現動靜分離以后，的確會造成吞吐率的下降，然而對于網站整體性能來說，靜態資源的高吞吐率，以及未來可以實現的負載均衡、可擴展、高可用性等，該犧牲我想也應該是值得的。
我想任何技術都是有利有弊，動靜分離也是一樣，選擇了動靜分離，就選擇了更為復雜的系統架構，維護起來在一定程度會更為復雜和困難，但是動靜分離也的確帶來了很大程度的性能提升，這也是很多系統架構師會選擇的一種解決方案。
HTTP 持久連接
持久連接（Keep-Alive）也叫做長連接，它是一種 TCP 的連接方式，連接會被瀏覽器和服務器所緩存，在下次連接同一服務器時，緩存的連接被重新使用。由于 HTTP 的無狀態性，人們也一直很清楚“一次性”的 HTTP 通信。持久連接則減少了創建連接的開銷，提高了性能。HTTP/1.1 已經支持長連接，大部分瀏覽器和服務器也提供了長連接的支持。
可以想象，要想發起長連接，服務器和瀏覽器必須共同合作才可以。一方面瀏覽器要保持連接，另一方面服務器也不會斷開連接。也就是說要想建立長連接，服務器和瀏覽器需要進行協商，而如何協商就要靠偉大的 HTTP 協議了。它們協商的結構圖如圖 7 所示。
圖 7. 長連接協商
瀏覽器在請求的頭部添加 Connection:Keep-Alive，以此告訴服務器“我支持長連接，你支持的話就和我建立長連接吧”，而倘若服務器的確支持長連接，那么就在響應頭部添加“Connection:Keep-Alive”，從而告訴瀏覽器“我的確也支持，那我們建立長連接吧”。服務器還可以通過 Keep-Alive:timeout=10, max=100 的頭部告訴瀏覽器“我希望 10 秒算超時時間，最長不能超過 100 秒”。
在 Tomcat 里是允許配置長連接的，配置 conf/server.xml 文件，配置 Connector 節點，該節點負責控制瀏覽器與 Tomcat 的連接，其中與長連接直接相關的有兩個屬性，它們分別是：keepAliveTimeout，它表示在 Connector 關閉連接前，Connector 為另外一個請求 Keep Alive 所等待的微妙數，默認值和 connectionTimeout 一樣；另一個是 maxKeepAliveRequests，它表示 HTTP/1.0 Keep Alive 和 HTTP/1.1 Keep Alive / Pipeline 的最大請求數目，如果設置為 1，將會禁用掉 Keep Alive 和 Pipeline，如果設置為小于 0 的數，Keep Alive 的最大請求數將沒有限制。也就是說在 Tomcat 里，默認長連接是打開的，當我們想關閉長連接時，只要將 maxKeepAliveRequests 設置為 1 就可以。
毫不猶豫，首先將 maxKeepAliveRequests 設置為 20，keepAliveTimeout 為 10000，通過 Firefox 查看請求頭部（這里我們訪問上面提到的 test.jsp）。結果如圖 8 所示。
圖 8. 服務器打開長連接
接下來，我們將 maxKeepAliveRequests 設置為 1，并且重啟服務器，再次請求網頁后查看的結果如圖 9 所示。
圖 9. 服務器關閉長連接
對比可以發現，Tomcat 關閉長連接后，在服務器的請求響應中，明確標識了：Connection close, 它告訴瀏覽器服務器并不支持長連接。那么長連接究竟可以帶來怎么樣的性能提升，我們用數據說話。我們依然使用 AB 工具，它可以使用一個 -k 的參數，模擬瀏覽器使用 HTTP 的 Keep-Alive 特性。我們對 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif 進行測試。測試結果如清單 6 所示。
清單 6. AB 測試長連接
測試腳本：ab – k -c 1000 -n 10000 http://localhost:8080/seperate/jquery.gif
關閉長連接時：
Concurrency Level: 1000
Time taken for tests: 5.067 seconds
Complete requests: 10000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Keep-Alive requests: 0
Total transferred: 44600000 bytes
HTML transferred: 42130000 bytes
Requests per second: 1973.64 [#/sec] (mean)
Time per request: 506.678 [ms] (mean)
Time per request: 0.507 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 8596.13 [Kbytes/sec] received
打開長連接時，maxKeepAliveRequests 設置為 50：
Concurrency Level: 1000
Time taken for tests: 1.671 seconds
Complete requests: 10000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Keep-Alive requests: 10000
Total transferred: 44650000 bytes
HTML transferred: 42130000 bytes
Requests per second: 5983.77 [#/sec] (mean)
Time per request: 167.119 [ms] (mean)
Time per request: 0.167 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 26091.33 [Kbytes/sec] received
結果一定會讓您大為驚訝，使用長連接和不使用長連接的性能對比，對于 Tomcat 配置的 maxKeepAliveRequests 為 50 來說，竟然提升了將近 5 倍。可見服務器默認打開長連接是有原因的。
HTTP 協議的合理使用
很多程序員都將精力專注在了技術實現上，他們認為性能的高低完全取決于代碼的實現，卻忽略了已經成型的某些規范、協議、工具。最典型的就是在 Web 開發上，部分開發人員沒有意識到 HTTP 協議的重要性，以及 HTTP 協議可以提供程序員另一條性能優化之路。通過簡單的在 JSP 的 request 對象中添加響應頭部，往往可以迅速提升程序性能，一切實現代碼仿佛都成浮云。本系列文章的宗旨也在于讓程序員編最少的代碼，提升最大的性能。
本文提出一個這樣的需求，在文章前面部分提到的 test.jsp 中，它的一部分功能是顯示服務器的當前時間。現在我們希望這個動態網頁允許被瀏覽器緩存，這似乎有點不合理，但是在很多時候，雖然是動態網頁，但是卻只執行一次（比如有些人喜歡將網頁的主菜單存入數據庫，那么他肯定不希望每次加載菜單都去讀數據庫）。瀏覽器緩存帶來的性能提升已經眾人皆知了，而很多人卻并不知道瀏覽器的緩存過期時間、緩存刪除、什么頁面可以緩存等，都可以由我們程序員來控制，只要您熟悉 HTTP 協議，就可以輕松的控制瀏覽器。
我們訪問上面提及的 test.jsp。用 Firebug 查看請求情況，發現每次請求都會重新到服務器下載內容，這不難理解，因此 test.jsp 是動態內容，每次服務器必須都執行后才可以返回結果 , 圖 10 是訪問當前的 test.jsp 的頭部情況。現在我們往 test.jsp 添加清單 7 的內容。
清單 7. 在 test.jsp 的首部添加的代碼
<%
SimpleDateFormat f2=new SimpleDateFormat("EEE, dd MMM yyyy HH:mm:ss");
String ims = request.getHeader("If-Modified-Since");
if (ims != null)
{
try
{
Date dt = f2.parse(ims.substring(0, ims.length()-4));
if (dt.after(new Date(2009, 1, 1)))
{
response.setStatus(304);
return;
}
} catch(Exception e)
{
}
}
response.setHeader("Last-Modified", f2.format(new Date(2010, 5, 5)) + " GMT");
%>
上述代碼的意圖是：服務器獲得瀏覽器請求頭部中的 If-Modified-Since 時間，這個時間是瀏覽器詢問服務器，它所請求的資源是否過期，如果沒過期就返回 304 狀態碼，告訴瀏覽器直接使用本地的緩存就可以，
圖 10. 修改 test.jsp 前的訪問頭部情況
修改完 test.jsp 代碼后，使用鼠標激活瀏覽器地址欄，按下回車刷新頁面。這次的結果如圖 11 所示。
圖 11. 修改 test.jsp 后的首次訪問
可以看到圖 11 和圖 10 的請求報頭沒有區別，而在服務器的響應中，圖 11 增加了 Last-Modified 頭部，這個頭部告訴瀏覽器可以將此頁面緩存。
按下 F5（必須是 F5 刷新），F5 會強制 Firefox 加載服務器內容，并且發出 If-Modified-Since 頭部。得到的報頭結果如圖 12 所示 .
圖 12. 修改 test.jsp 后的再次訪問
可以看到，圖 12 的底部已經提示所有內容都來自緩存。瀏覽器的請求頭部多出了 If-Modified-Since，以此詢問服務器從緩存時間起，服務器是否對資源進行了修改。服務器判斷后發現沒有對此資源（test.jsp）修改，就返回 304 狀態碼，告訴瀏覽器可以使用緩存。
我們在上面的實驗中，用到了 HTTP 協議的相關知識，其中涉及了 If-Modified-Since、Last-Modified、304 狀態碼等，事實上與緩存相關的 HTTP 頭部還有許多，諸如過期設置的頭部等。熟悉了 HTTP 頭部，就如同學會了如何與用戶的瀏覽器交談，也可以利用協議提升您的程序性能。這也是本文為何一直強調 HTTP 協議的重要性。那么對于 test.jsp 這個小網頁來說，基于緩存的方案提升了多少性能呢？我們用 AB 給您答案。
AB 是個很強大的工具，他提供了 -H 參數，允許測試人員手動添加 HTTP 請求頭部，因此測試結果如清單 8 所示。
清單 8. AB 測試 HTTP 緩存
測試腳本：ab -c 1000 – n 10000 – H ‘ If-Modified-Since:
Sun, 05 Jun 3910 00:00:00 GMT ’ http://localhost:8080/seperate/test.jsp
未修改 test.jsp 前 :
Document Path: /seperate/test.jsp
Document Length: 362 bytes
Concurrency Level: 1000
Time taken for tests: 10.467 seconds
Complete requests: 10000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Total transferred: 6080000 bytes
HTML transferred: 3630000 bytes
Requests per second: 955.42 [#/sec] (mean)
Time per request: 1046.665 [ms] (mean)
Time per request: 1.047 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 567.28 [Kbytes/sec] received
修改 test.jsp 后：
Document Path: /seperate/test.jsp
Document Length: 0 bytes
Concurrency Level: 1000
Time taken for tests: 3.535 seconds
Complete requests: 10000
Failed requests: 0
Write errors: 0
Non-2xx responses: 10000
Total transferred: 1950000 bytes
HTML transferred: 0 bytes
Requests per second: 2829.20 [#/sec] (mean)
Time per request: 353.457 [ms] (mean)
Time per request: 0.353 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 538.76 [Kbytes/sec] received
分別對比 Document Length、Requests per second 以及 Transfer rate 這三個指標。可以發現沒使用緩存的 Document Length（下載內容的長度）是 362 字節，而使用了緩存的長度為 0。在吞吐率方面，使用緩存是不使用緩存的 3 倍左右。同時在傳輸率方面，緩存的傳輸率比沒緩存的小。這些都是用到了客戶端緩存的緣故。
CDN 的使用
CDN 也是筆者最近才了解和接觸到的東西，耳中也是多次聽到 CDN 這個詞了，在淘寶的前端技術報告上、在一個好朋友的創新工場創業之路上，我都聽到了這個詞，因此我想至少有必要對此技術了解一下。所謂的 CDN，就是一種內容分發網絡，它采用智能路由和流量管理技術，及時發現能夠給訪問者提供最快響應的加速節點，并將訪問者的請求導向到該加速節點，由該加速節點提供內容服務。利用內容分發與復制機制，CDN 客戶不需要改動原來的網站結構，只需修改少量的 DNS 配置，就可以加速網絡的響應速度。當用戶訪問了使用 CDN 服務的網站時，DNS 域名服務器通過 CNAME 方式將最終域名請求重定向到 CDN 系統中的智能 DNS 負載均衡系統。智能 DNS 負載均衡系統通過一組預先定義好的策略（如內容類型、地理區域、網絡負載狀況等），將當時能夠最快響應用戶的節點地址提供給用戶，使用戶可以得到快速的服務。同時，它還與分布在不同地點的所有 CDN 節點保持通信，搜集各節點的健康狀態，確保不將用戶的請求分配到任何一個已經不可用的節點上。而我們的 CDN 還具有在網絡擁塞和失效情況下，能擁有自適應調整路由的能力。
由于筆者對 CDN 沒有親身實踐，不便多加講解，但是各大網站都在一定程度使用到了 CDN，淘寶的前端技術演講中就提及了 CDN，可見 CDN 的威力不一般。
圖 12. 淘寶的 CDN 前端優化
因此 CDN 也是不得不提的一項技術，國內有免費提供 CDN 服務的網站： http://www.webluker.com/ ，它需要您有備案的域名，感興趣的您可以去試試。
小結
本文總結了 HTTP 長連接、動靜分離、HTTP 協議等等，在您需要的時候，可以查看本文的內容，相信按照本文的方法，可以輔助您進行前端的高性能優化。筆者將繼續寫后續的部分，包括數據庫的優化、負載均衡、反向代理等。由于筆者水平有限，如有錯誤，請聯系我批評指正。
接下來在第三部分文章中，我將介紹服務器端緩存、靜態化與偽靜態化、分布式緩存等，并且將它們應用到 Java Web 的開發中。使用這些技術可以幫助提高 Java Web 應用程序的性能。
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