大型网站建设，高性能的“流水线技术”网页

BigPipe是一个重新设计的基础动态网页服务体系。大体思路是，分解网页成叫做Pagelets的小块，然后通过Web服务器和浏览器建立管道 并管理他们在不同阶段的运行。这是类似于大多数现代微处理器的流水线执行过程：多重指令管线通过不同的处理器执行单元，以达到性能的好。虽然 BigPipe是对现有的服务网络基础过程的重新设计，但它却不需要改变现有的网络浏览器或服务器，它完全使用PHP和JavaScript来实现。

为了更好的了解BigPipe，我们需要了解一下现有的动态Web服务系统，它的历史可以追溯到万维网的初期，但现在与初期相比却并没有多少改变。 现代网站有着远远高于10年前的动态效果和互动性，但传统的网页服务系统早已无法跟上当今互联网速度的要求。在传统的模式，用户请求的生命周期如下：

1. 浏览器发送一个HTTP请求到Web服务器。
2. Web服务器解析请求，然后读取数据存储层，制定一个HTML文件，并用一个HTTP响应把它发送到客户端。
3. HTTP响应通过互联网传送到浏览器。
4. 浏览器解析Web服务器的响应，使用HTML文件构建了一个的DOM树，并且下载引用的CSS和JavaScript文件。
5. CSS资源下载后，浏览器解析它们，并将它们应用到DOM树。
6. JavaScript资源下载后，浏览器解析并执行它们。

传统模式在现代网站中效率是非常低下的，因为很多系统的操作顺序，不能互相重叠。一些如延时加载JavaScript、并行下载等优化技术已被网络 社区广泛采用，以此来克服的一些限制。然而，这些优化却很少涉及Web服务器和浏览器的执行顺序造成的瓶颈。当Web服务器正忙生成一个页面，浏览器处于 闲置状态，浪费其周期无所事事。当Web服务器完成生成页面，并将其发送到浏览器，浏览器则成为性能瓶颈并且Web服务器对其无从帮助。重叠Web服务器 的生成时间与浏览器的渲染时间，我们不仅可以减少最终的时间延迟，也能使网页更早显示用户可见区域给用户，从而大大减少用户对延迟的感知。

Web服务器的产生时间和浏览器的渲染时间重叠，是特别有用的，如Facebook这样内容丰富的网站。一个典型的Facebook的网页包含许多 来源不同的数据资料：好友名单，好友动态，广告等。在传统的网页呈现模式的用户将不得不等到这些查询数据都返回并生成最终文件，然后将其发送到用户的电 脑。任何一个查询延迟都将拖慢整个最终文件的生成。

1. 请求解析：Web服务器解析和完整性检查的HTTP请求。
2. 数据获取：Web服务器从存储层获取数据。
3. 标记生成：Web服务器生成的响应的HTML标记。
4. 网络传输：响应从Web服务器传送到浏览器。
5. CSS的下载：浏览器下载网页的CSS的要求。
6. DOM树结构和CSS样式：浏览器构造的DOM文档树，然后应用它的CSS规则。
7. JavaScript中下载：浏览器下载网页中JavaScript引用的资源。
8. JavaScript执行：浏览器的网页执行JavaScript代码。

（Facebook主页的Pagelets，每个矩形对应一个Pagelet。）

上面的图片使用Facebook主页为例子来说明如何将网页是分解成Pagelets。该主页包括几个Pagelets：“作者Pagelet”， “导航Pagelet”，“新闻动态Pagelet”，“请求框Pagelet”，“广告pagelet”，“朋友推荐”和“联系”等他们是相互独立的。 当“导航Pagelet”显示给用户，“新闻动态Pagelet”仍然可以在服务器上正在生成。

在BigPipe，一个用户请求的生命周期是这样的：在浏览器发送一个HTTP请求到Web服务器。在收到的HTTP请求，并在上面进行一些全面的 检查，网站服务器立即发回一个未关闭的HTML文件，其中包括一个HTML 标签和标签的开始标签。标签包括BigPipe的JavaScript库来解析Pagelet以后收到的答复。在标签，有一个模板，它指定了页面的逻辑结 构和Pagelets占位符。例如:

在客户端在收到Pagelet通过“onPageletArrive”发出的指令，BigPipe的JavaScript库将首先下载它的CSS资 源；在CSS资源被下载完成后，BigPipe将在Pagelet的标记HTML显示它的innerHTML。多个Pagelets的CSS可在同一时间 下载，它们可以根据其各自CSS的下载完成情况来确认显示顺序。在BigPipe中，JavaScript资源的优先级低于CSS和页面内容。因 此，BigPipe不会在所有Pagelets显示出来之前下载任何Pagelet中的JavaScript。然后，所有Pagelets的 JavaScript异步下载。最后Pagelet的JavaScript初始化代码根据其各自的下载完成情况来确定执行顺序。

这种高度并行系统的最终结果是，多个Pageletsr的不同执行阶段同时进行。例如，浏览器可以正在下载三个Pagelets CSS的资源，同时已经显示另一Pagelet内容，与此同时，服务器也在生成新的Pagelet。从用户的角度来看，页面是逐步呈现的。最开始的网页内 容会更快的显示，这大大减少了用户的对页面延时的感知。如果您要自己亲眼看到区别，你可以尝试以下连结： 传统模式和BigPipe。一个链接是传统模式单一模式显示页面。第二个链接是BigPipe管道模式的页面。如果您的浏览器版本比较老，网速也很慢，浏览器缓存不佳，哪么两页之间的加截时间差别将更加明显。

下图是传统模式和BigPipe性能数据比较图，数据是75%用户对一个页面中最重要的内容（例如：新闻动态被认为是在Facebook主页上最重 要的内容）的感知延迟时间。收集数据方式是加载Facebook主页50次并且禁用浏览器缓存。该图显示BigPipe使用户在大多数浏览器中感受到的延 迟减少了一半。

(Facebook主页的延迟时间对比)

值得一提的是BigPipe是从微处理器的流水线中得到启发。然而，他们的流水线过程之间存在一些差异。例如，虽然大多数阶段BigPipe只能操 作一次Pagelet，但有时多个Pagelets的CSS和JavaScript下载却可以同时运作，这类似于超标量微处理器。BigPipe另一个重 要区别是，我们实现了从并行编程引入的“障碍”概念，所有的Pagelets要完成一个特定阶段，如多个Pagelet显示区，它们都可以进行进一步 JavaScript下载和执行。

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