如何搭建一个高可用的服务端渲染工程

2020-08-25 15:38:37 浏览数 (1)

可能大家在看到这个标题的时候，会觉得，只不过又是一篇烂大街的SSR从零入门的教程而已。别急，往下看，相信你或多或少会有一些不一样的收获呢。

在落地一种技术的时候，我们首先要想一想：

  1. 是否一定需要引入这种技术呢？他能解决什么问题，或者能带来什么收益？
  2. 为什么要采用这种技术选型而不是其他的？
  3. 引入了这种技术后，会带来什么问题吗（比如额外的开发成本等）？

上面三个问题思考清楚之后，才能真正地去落地。上面三个问题思考清楚之后，才能真正地去落地。而有赞教育接入服务端渲染，正是为了优化H5页面的首屏内容到达时间，带来更好的用户体验（顺便利于SEO）。

说了这么多，以下开始正文。

一、后端模版引擎时代

在较早时期，前后端的配合模式为：后端负责服务层、业务逻辑层和模版渲染层（表现层）；前端只是实现页面的交互逻辑以及发送AJAX。比较典型的例子就是JSP或FreeMarker模板引擎负责渲染出html字符串模版，字符串模版里的js静态资源才是真正前端负责的东西。

而这种形式，就是天然的服务端渲染模式：用户请求页面 -> 请求发送到应用服务器 -> 后端根据用户和请求信息获取底层服务 -> 根据服务返回的数据进行组装，同时JSP或FreeMarker模版引擎根据组装的数据渲染为html字符串 -> 应用服务器讲html字符串返回给浏览器 -> 浏览器解析html字符串渲染UI及加载静态资源 -> js静态资源加载完毕界面可交互。

那么既然后端模版引擎时代带来的效果就是我们想要的，那为啥还有以后让前端发展服务端渲染呢？因为很明显，这种模式从开发角度来讲还有挺多的问题，比如：

  1. 后端需要写表现层的逻辑，但其实后端更应该注重服务层（和部分业务逻辑层）。当然，其实也可以让前端写JSP或FreeMarker，但从体验上来说，肯定不如写JS来的爽；
  2. 本地开发的时候，需要启动后端环境，比如Tomcat，影响开发效率，对前端也不友好；
  3. 所赋予前端的能力太少，使得前端需要的一些功能只能由后端提供，比如路由控制；
  4. 前后端耦合。

二、SPA时代

后来，诞生了SPA（Single Page Application），解决了上面说的部分问题：

  1. 后端不需要关心表现层的逻辑，只需要注重服务层和业务逻辑层就可以了，暴露出相应的接口供前端调用。这种模式也同时实现了前后端解耦。
  2. 本地开发的时候，前端只需要启动一个本地服务，如：dev-server就可以开始开发了。
  3. 赋予了前端更多的能力，比如前端的路由控制和鉴权，比如通过SPA 路由懒加载的模式可以带来更好的用户体验。

但同时，也带来了一些问题：

  1. 页面的DOM完全由js来渲染，使得大部分搜索引擎无法爬取渲染后真实的DOM，不利于SEO。
  2. 页面的首屏内容到达时间强依赖于js静态资源的加载（因为DOM的渲染由js来执行），使得在网络越差的情况下，白屏时间大幅上升。

三、服务端渲染

正因为SPA带来的一些问题（尤其是首屏白屏的问题），接入服务端渲染显得尤为必要。// 终于讲到服务端渲染这个重点了。

而正是Node的发展和基于Virtual DOM的前端框架的出现，使得用js实现服务端渲染成为可能。因此在SPA的优势基础上，我们顺便解决了因为SPA引入的问题：

  1. 服务端渲染的首屏直出，使得输出到浏览器的就是完备的html字符串模板，浏览器可以直接解析该字符串模版，因此首屏的内容不再依赖js的渲染。
  2. 正是因为服务端渲染输出到浏览器的是完备的html字符串，使得搜索引擎能抓取到真实的内容，利于SEO。 同时，通过基于Node和前端MVVM框架结合的服务端渲染，有着比后端模版引擎的服务端渲染更明显的优势：可以优雅降级为客户端渲染（这个后续会讲，先占个坑）。

3.1 实现

既然服务端渲染能带来这么多好处，那具体怎么实现呢？

从官网给出的原理图，我们可以清晰地看出：

  • Source为我们的源代码区，即工程代码；
  • Universal Appliation Code和我们平时的客户端渲染的代码组织形式完全一致，只是需要注意这些代码在Node端执行过程触发的生命周期钩子不要涉及DOM和BOM对象即可；
  • 比客户端渲染多出来的app.js、Server entry 、Client entry的主要作用为：app.js分别给Server entry 、Client entry暴露出createApp()方法，使得每个请求进来会生成新的app实例。而Server entry和Client entry分别会被webpack打包成vue-ssr-server-bundle.json和vue-ssr-client-manifest.json（这两个json文件才是有用的，app.js、Server entry 、Client entry可以抽离，开发者不感知）；
  • Node端会根据webpack打包好的vue-ssr-server-bundle.json，通过调用createBundleRenderer生成renderer实例，再通过调用renderer.renderToString生成完备的html字符串；
  • Node端将render好的html字符串返回给Browser，同时Node端根据vue-ssr-client-manifest.json生成的js会和html字符串hydrate，完成客户端激活html，使得页面可交互。

3.2 优化

按照Vue SSR官方文档建立起一个服务端渲染的工程后，是否就可以直接上线了呢？别急，我们先看看是否有什么可以优化的地方。

3.2.1 路由和代码分割

一个大的SPA，主文件js往往很大，通过代码分割可以将主文件js拆分为一个个单独的路由组件js文件，可以很大程度上减小首屏的资源加载体积，其他路由组件可以预加载。

代码语言：javascript复制
// router.js
const Index = () => import(/* webpackChunkName: "index" */ './pages/Index.vue');
const Detail = () => import(/* webpackChunkName: "detail" */ './pages/Detail.vue');
const routes = [
    {
        path: '/',
        component: Index
    },
    {
       path: '/detail',
       component: Detail
    }
];
const router = new Router({
    mode: 'history',
    routes
});

3.2.2 部分模块（不需要SSR的模块）客户端渲染

因为服务端渲染是CPU密集型操作，非首屏的模块或者不重要的模块（比如底部的推荐列表）完全可以采用客户端渲染，只有首屏的核心模块采用服务端渲染。这样做的好处是明显的：1. 较大地节省CPU资源；2. 减小了服务端渲染直出的html字符串长度，能够更快地响应给浏览器，减小白屏时间。

代码语言：javascript复制
// Index.vue
asyncData({ store }) {
    return this.methods.dispatch(store); // 核心模块数据预取，服务端渲染
}
mounted() {
    this.initOtherModules(); // 非核心模块，客户端渲染，在mounted生命周期钩子里触发
}

3.2 3 页面缓存/组件缓存

页面缓存一般适用于状态无关的静态页面，命中缓存直接返回页面；组件缓存一般适用于纯静态组件，也可以一定程度上提升性能。

代码语言：javascript复制
// page-level caching
const microCache = LRU({
    max: 100,
    maxAge: 1000 // 重要提示：条目在 1 秒后过期。
})
server.get('*', (req, res) => {
    const hit = microCache.get(req.url)
    if (hit) { // 命中缓存，直接返回页面
      return res.end(hit)
   }
   // 服务端渲染逻辑
   ...
})
代码语言：javascript复制
// component-level caching
// server.js
const LRU = require('lru-cache')
const renderer = createRenderer({
    cache: LRU({
        max: 10000,
        maxAge: ...
    })
});

// component.js
export default {
    name: 'item', // 必填选项
    props: ['item'],
    serverCacheKey: props => props.item.id,
    render (h) {
        return h('div', this.item.id)
    }
};

3.2.4 页面静态化

如果工程中大部分页面都是状态相关的，所以技术选型采用了服务端渲染，但有部分页面是状态无关的，这个时候用服务端渲染就有点浪费资源了。像这些状态无关的页面，完全可以通过Nginx Proxy Cache缓存到Nginx服务器，可以避免这些流量打到应用服务器集群，同时也能减少响应的时间。

3.3 降级

进行优化之后，是否就可以上线了呢？这时我们想一想，万一服务端渲染出错了怎么办？万一服务器压力飙升了怎么办（因为服务端渲染是CPU密集型操作，很耗CPU资源）？为了保证系统的高可用，我们需要设计一些降级方案来避免这些。具体可以采用的降级方案有：

  • 单个流量降级 -- 偶发的服务端渲染失败降级为客户端渲染
  • Disconf / Apollo配置降级 -- 分布式配置平台修改配置主动降级，比如可预见性的大流量情况下（双十一），可提前通过配置平台将整个应用集群都降级为客户端渲染
  • CPU阈值降级 -- 物理机 / Docker实例CPU资源占用达到阈值触发降级，避免负载均衡服务器在某些情况下给某台应用服务器导入过多流量，使得单台应用服务器的CPU负载过高
  • 旁路系统降级 -- 旁路系统跑定时任务监控应用集群状态，集群资源占用达到设定阈值将整个集群降级（或触发集群的自动扩容）
  • 渲染服务集群降级 -- 若渲染服务和接口服务是独立的服务，当渲染服务集群宕机，html的获取逻辑回溯到Nginx获取，此时触发客户端渲染，通过ajax调用接口服务获取数据

3.4 上线前准备

3.4.1 压测

压测可以分为多个阶段：本地开发阶段、QA性能测试阶段、线上阶段。

  • 本地开发阶段：当本地的服务端渲染开发完成之后，首先需要用loadtest之类的压测工具压下性能如何，同时可以根据压测出来的数据做一些优化，如果有内存泄漏之类的bug也可以在这个阶段就能被发现。
  • QA性能测试阶段：当通过本地开发阶段的压测之后，我们的代码已经是经过性能优化且没有内存泄漏之类严重bug的。部署到QA性能测试环境之后，通过压真实QA环境，和原来的客户端渲染做对比，看QPS会下降多少（因为服务端渲染耗更多的CPU资源，所以QPS对比客户端渲染肯定会有下降）。
  • 线上阶段：QA性能测试阶段压测过后，若性能指标达到原来的预期，部署到线上环境，同时可以开启一定量的压测，确保服务的可用性。

3.4.2 日志

作为生产环境的应用，肯定不能“裸奔”，必须接入日志平台，将一些报错信息收集起来，以便之后问题的排查。

3.4.3 灰度

如果上线服务端渲染的工程是提供核心服务的应用，应该采用灰度发布的方式，避免全量上线。一般灰度方案可以采用：百分比灰度、白名单灰度、自定义标签灰度。具体采用哪种灰度方式看场景自由选择，每隔一段时间观察灰度集群没有问题，所以渐渐增大灰度比例/覆盖范围，直到全量发布。

3.5 落地

在有赞电商的服务端渲染的落地场景中，我们抽离了单独的依赖包，提供各个能力。

3.6 效果

从最终的上线效果来看，相同功能的页面，服务端渲染的首屏内容时间比客户端渲染提升了300% 。

3.7 Q & A

Q1：为什么服务端渲染就比客户端渲染快呢？

A：首先我们明确一点，服务端渲染比客户端渲染快的是首屏的内容到达时间（而非首屏可交互时间）。至于为什么会更快，我们可以从两者的DOM渲染过程来对比:

客户端渲染：浏览器发送请求 -> CDN / 应用服务器返回空html文件 -> 浏览器接收到空html文件，加载的css和js资源 -> 浏览器发送css和js资源请求 -> CDN / 应用服务器返回css和js文件 -> 浏览器解析css和js -> js中发送ajax请求到Node应用服务器 -> Node服务器调用底层服务后返回结果 -> 前端拿到结果setData触发vue组件渲染 -> 组件渲染完成

服务端渲染：浏览器发送请求 -> Node应用服务器匹配路由 -> 数据预取：Node服务器调用底层服务拿到asyncData存入store -> Node端根据store生成html字符串返回给浏览器 -> 浏览器接收到html字符串将其激活：

我们可以很明显地看出，客户端渲染的组件渲染强依赖js静态资源的加载以及ajax接口的返回时间，而通常一个page.js可能会达到几十KB甚至更多，很大程度上制约了DOM生成的时间。而服务端渲染从用户发出一次页面url请求之后，应用服务器返回的html字符串就是完备的计算好的，可以交给浏览器直接渲染，使得DOM的渲染不再受静态资源和ajax的限制。

Q2：服务端渲染有哪些限制？

A：比较常见的限制比如：

  1. 因为渲染过程是在Node端，所以没有DOM和BOM对象，因此不要在常见的Vue的beforeCreate和created生命周期钩子里做涉及DOM和BOM的操作
  2. 对第三方库的要求比较高，如果想直接在Node渲染过程中调用第三方库，那这个库必须支持服务端渲染

Q3：如果我的需求只是生成文案类的静态页面，需要用到服务端渲染吗？

A：像这些和用户状态无关的静态页面，完全可以采用预渲染的方式（具体见Vue SSR官方指南），服务端渲染适用的更多场景会是状态相关的（比如用户信息相关），需要经过CPU计算才能输出完备的html字符串，因此服务端渲染是一个CPU密集型的操作。而静态页面完全不需要涉及任何复杂计算，通过预渲染更快且更节省CPU资源。

-The End-

渲染 html jsp json java

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