Python:记录一次Web接口优化

背景

我们负责的一个业务平台,有次在发现设置页面的加载特别特别地慢,简直就是令人发指

让用户等待 36s 肯定是不可能的,于是我们就要开启优化之旅了。

投石问路

既然是网站的响应问题,可以通过 Chrome 这个强大的工具帮助我们快速找到优化方向。

通过 Chrome 的 Network 除了可以看到接口请求耗时之外,还能看到一个时间的分配情况,选择一个配置没有那么多的项目,简单请求看看:

虽然只是一个只有三条记录的项目,加载项目设置都需要 17s,通过 Timing, 可以看到总的请求共耗时 17.67s ,但有 17.57s 是在 Waiting(TTFB) 状态。

TTFB 是 Time to First Byte 的缩写,指的是浏览器开始收到服务器响应数据的时间(后台处理时间+重定向时间),是反映服务端响应速度的重要指标。

Profile 火焰图 + 代码调优

那么大概可以知道优化的大方向是在后端接口处理上面,后端代码是 Python + Flask 实现的,先不盲猜,直接上 Profile:

第一波优化:功能交互重新设计

说实话看到这段代码是绝望的:完全看不出什么?只是看到很多 gevent 和 Threading,因为太多协程或者线程?

这时候一定要结合代码来分析(为了简短篇幅,参数部分用 “...” 代替):

def get_max_cpus(project_code, gids):
    """
    """
    ...
    # 再定义一个获取 cpu 的函数
    def get_max_cpu(project_setting, gid, token, headers):
        group_with_machines = utils.get_groups(...)
        hostnames = get_info_from_machines_info(...)
        res = fetchers.MonitorAPIFetcher.get(...)
        vals = [
            round(100 - val, 4)
            for ts, val in res['series'][0]['data']
            if not utils.is_nan(val)
        ]
        max_val = max(vals) if vals else float('nan')
        max_cpus[gid] = max_val
       
    #  启动线程批量请求
    for gid in gids:
        t = Thread(target=get_max_cpu, args=(...))
        threads.append(t)
        t.start()
        
    # 回收线程
    for t in threads:
        t.join()

    return max_cpus

通过代码可以看到,为了更加快速获取 gids 所有的 cpu_max 数据,为每个 gid 分配一个线程去请求,最终再返回最大值。

这里会出现两个问题:

  1. 在一个 web api 做线程的 创建 和 销毁 是有很大成本的,因为接口会频繁被触发,线程的操作也会频繁发生,应该尽可能使用线程池之类的,降低系统花销;
  2. 该请求是加载某个 gid (群组) 下面的机器过去 7 天的 CPU 最大值,可以简单拍脑袋想下,这个值不是实时值也不是一个均值,而是一个最大值,很多时候可能并没有想象中那么大价值;

既然知道问题,那就有针对性的方案:

  1. 调整功能设计,不再默认加载 CPU 最大值,换成用户点击加载(一来降低并发的可能,二来不会影响整体);
  2. 因为 1 的调整,去掉多线程实现;

再看第一波优化后的火焰图:

这次看的火焰图虽然还有很大的优化空间,但起码看起来有点正常的样子了。

第二波优化:Mysql 操作优化处理

我们再从页面标记处(接口逻辑处)放大火焰图观察:

看到好大一片操作都是由 utils.py:get_group_profile_settings 这个函数引起的数据库操作热点。

同理,也是需要通过代码分析:

def get_group_profile_settings(project_code, gids):
    
    # 获取 Mysql ORM 操作对象
    ProfileSetting = unpurview(sandman.endpoint_class('profile_settings'))
    session = get_postman_session()
    
    profile_settings = {}
    for gid in gids:
        compound_name = project_code + ':' + gid
        result = session.query(ProfileSetting).filter(
            ProfileSetting.name == compound_name
        ).first()
        
        if result:
            result = result.as_dict()
            tag_indexes = result.get('tag_indexes')
            profile_settings[gid] = {
                'tag_indexes': tag_indexes,
                'interval': result['interval'],
                'status': result['status'],
                'profile_machines': result['profile_machines'],
                'thread_settings': result['thread_settings']
            }
            ...(省略)
    return profile_settings

看到 Mysql ,第一个反应就是 索引问题,所以优先去看看数据库的索引情况,如果有索引的话应该不会是瓶颈:

很奇怪这里明明已经有了索引了,为什么速度还是这个鬼样子呢!

正当毫无头绪的时候,突然想起在 第一波优化 的时候, 发现 gid(群组)越多的影响越明显,然后看回上面的代码,看到那句:

for gid in gids: 
    ...

我仿佛明白了什么。

这里是每个 gid 都去查询一次数据库,而项目经常有 20 ~ 50+ 个群组,那肯定直接爆炸了。

其实 Mysql 是支持单字段多值的查询,而且每条记录并没有太多的数据,我可以尝试下用 Mysql 的 OR 语法,除了避免多次网络请求,还能避开那该死的 for

正当我想事不宜迟直接搞起的时候,余光瞥见在刚才的代码还有一个地方可以优化,那就是:

看到这里,熟悉的朋友大概会明白是怎么回事。

GetAttr 这个方法是Python 获取对象的 方法/属性 时候会用到,虽然不可不用,但是如果在使用太过频繁也会有一定的性能损耗。

结合代码一起来看:

def get_group_profile_settings(project_code, gids):
    
    # 获取 Mysql ORM 操作对象
    ProfileSetting = unpurview(sandman.endpoint_class('profile_settings'))
    session = get_postman_session()
    
    profile_settings = {}
    for gid in gids:
        compound_name = project_code + ':' + gid
        result = session.query(ProfileSetting).filter(
            ProfileSetting.name == compound_name
        ).first()
        ...

在这个遍历很多次的 for 里面,session.query(ProfileSetting) 被反复无效执行了,然后 filter 这个属性方法也被频繁读取和执行,所以这里也可以被优化。

总结下的问题就是:

1. 数据库的查询没有批量查询;
2. ORM 的对象太多重复的生成,导致性能损耗;
3. 属性读取后没有复用,导致在遍历次数较大的循环体内频繁 getAttr,成本被放大;

那么对症下药就是:

def get_group_profile_settings(project_code, gids):
    
    # 获取 Mysql ORM 操作对象
    ProfileSetting = unpurview(sandman.endpoint_class('profile_settings'))
    session = get_postman_session()
    
    
    # 批量查询 并将 filter 提到循环之外
    query_results = query_instance.filter(
        ProfileSetting.name.in_(project_code + ':' + gid for gid in gids)
    ).all()

    # 对全部的查询结果再单条处理
    profile_settings = {}
    for result in query_results:
        if not result:
            continue
        result = result.as_dict()
        gid = result['name'].split(':')[1]
        tag_indexes = result.get('tag_indexes')
        profile_settings[gid] = {
            'tag_indexes': tag_indexes,
            'interval': result['interval'],
            'status': result['status'],
            'profile_machines': result['profile_machines'],
            'thread_settings': result['thread_settings']
        }

            ...(省略)
    return profile_settings

优化后的火焰图:

对比下优化前的相同位置的火焰图:

明显的优化点: 优化前的,最底部的 utils.py:get_group_profile_settings 和 数据库相关的热点大大缩减。

其实这块还能继续优化,但是看到效果已经达到预期,就不再深入了。

优化效果

同一个项目的接口的响应时长从 37.6 s 优化成 1.47s,具体的截图:

优化总结

如同一句名言:

如果一个数据结构足够优秀,那么它是不需要多好的算法。

在优化功能的时候,最快的优化就是:去掉那个功能!

其次快就是调整那个功能触发的频率或者复杂度!

从上到下,从用户使用场景去考虑这个功能,往往会带来更加简单高效的优化,嘿嘿!

当然很多时候我们是无法那么幸运的,如果我们实在无法去掉或者调整,那么就发挥做程序猿的价值咯:Profile

针对 Python 可以尝试: cProflile + gprof2dot

而针对 Go 可以使用: pprof + go-torch

最后,切记盲目调优,很多时候看到的代码问题都不一定是真正的性能瓶颈,需要结合工具来客观分析,这样才能有效直击痛点!

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