如何搭建一个高可用的服务端渲染工程
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文 |  墨影 on 电商技术

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。

  1. // router.js

  2. const Index = () => import(/* webpackChunkName: "index" */ './pages/Index.vue');

  3. const Detail = () => import(/* webpackChunkName: "detail" */ './pages/Detail.vue');

  4. const routes = [

  5. {

  6. path: '/',

  7. component: Index

  8. },

  9. {

  10. path: '/detail',

  11. component: Detail

  12. }

  13. ];

  14. const router = new Router({

  15. mode: 'history',

  16. routes

  17. });


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。
  1. // Index.vue

  2. asyncData({ store }) {

  3. return this.methods.dispatch(store); // 核心模块数据预取,服务端渲染

  4. }

  5. mounted() {

  6. this.initOtherModules(); // 非核心模块,客户端渲染,在mounted生命周期钩子里触发

  7. }


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。
  1. // page-level caching

  2. const microCache = LRU({

  3. max: 100,

  4. maxAge: 1000 // 重要提示:条目在 1 秒后过期。

  5. })

  6. server.get('*', (req, res) => {

  7. const hit = microCache.get(req.url)

  8. if (hit) { // 命中缓存,直接返回页面

  9. return res.end(hit)

  10. }

  11. // 服务端渲染逻辑

  12. ...

  13. })


  1. // component-level caching

  2. // server.js

  3. const LRU = require('lru-cache')

  4. const renderer = createRenderer({

  5. cache: LRU({

  6. max: 10000,

  7. maxAge: ...

  8. })

  9. });


  10. // component.js

  11. export default {

  12. name: 'item', // 必填选项

  13. props: ['item'],

  14. serverCacheKey: props => props.item.id,

  15. render (h) {

  16. return h('div', this.item.id)

  17. }

  18. };


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。

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-The End-

Vol.220





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