Node.js 技术原理分析系列 4—— 使用 Chrome DevTools 分析 Node.js 性能问题

Node.js 是一个开源的、跨平台的 JavaScript 运行时环境，它允许开发者在服务器端运行 JavaScript 代码。Node.js 是基于 Chrome V8 引擎构建的，专为高性能、高并发的网络应用而设计，广泛应用于构建服务器端应用程序、网络应用、命令行工具等。

本系列将分为9篇文章为大家介绍 Node.js 技术原理：从调试能力分析到内置模块新增，从性能分析工具 perf_hooks 的用法到 Chrome DevTools 的性能问题剖析，再到 ABI 稳定的理解、基于 V8 封装 JavaScript 运行时、模块加载方式探究、内置模块外置以及 Node.js addon 的全面解读等主题，每一篇都干货满满。

在上一节中我们探讨了 Node.js 的 perf_hooks 模块作用和用法，在本节中则主要分享使用 Chrome DevTools 分析 Node.js 性能问题，本文内容为本系列第4篇，由体验技术团队屈金雄原创，以下为正文内容。

知识准备

无论是学会使用 Node.js 性能分析工具，还是解决性能问题，都要理解运行原理，其中有几个点尤为重要，这里仅提及一下，包括单线程、事件循环、异步、宏任务、微任务等。阮一峰的《JavaScript 运行机制详解：再谈 Event Loop》，这篇文章讲的很好，但是不够全面，有些点甚至过时了。如果需要更准确深入的了解 Node.js 运行原理，恐怕只能去啃源码了。

《JavaScript 运行机制详解：再谈 Event Loop》：https://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

Performance 面板介绍

Chrome DevTools 中的 Performance 面板和 Chrome 开发者工具中的 Performance 面板不是同一个，前者用于 Node.js 性能分析，后者用于 web 前端性能分析。如下图所示，Chrome DevTools 的 Performance 面板包括以下四个区域：

操作区
时间轴：包括从记录开始到记录结束这个时间段。
概览区：目前只能看主线程活动，以后也许能看更多内容。
详情区：详情区的内容会随鼠标左键选中的目标变化而变化。

火焰图

火焰图在很多性能分析工具中都有实现，Chrome DevTools 中的实现就是前面提到的主线程活动（点击 Main 旁边的三角可以收缩/展开这个区域）。读懂火焰图需要理解以下几个关键点：

火焰图是由很多色块堆叠（内层函数堆叠在外层函数下面）而成，每一个色块对应一个函数。
函数耗时用宽度表示。我们可以通过肉眼观察色块宽度，来发现哪个函数耗时最长。
最上面一层都是一个宏任务对应的任务（这个很关键），宏任务之间是异步的，不会阻塞。

举例说明

一、构造有性能问题的代码

如下代码所示，函数 bigTask1 是构造的有性能问题的代码。这个函数将一个比较大的文件读取10次。我们模拟一下平时常见的业务场景，用 node 编写一个迷你的 web 后端服务，将这个函数放在一个请求的回调函数中，通过发起请求来触发执行。

js 复制代码

const { createServer } = require('node:http');
const { readFileSync } = require('node:fs');
const { performance } = require('node:perf_hooks');

const hostname = '127.0.0.1';
const port = 3000;

const server = createServer((req, res) => {
  bigTask1();
  res.statusCode = 200;
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
  res.end('Hello World');
});

server.listen(port, hostname, async () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});

/**
 * 假设我们需要读取10次文件
 * 同步连续读取10次，那么主线程在读取完成前都不能处理其他任务。
 */
functionbigTask1() {
  let count = 0;

functionchunk() {
    for (let i = 0; i < 10; i++) {
      // 每次处理一小部分
      console.log(count);
      readBigFile();
      count++;
    }
  }

  chunk();
}


/**
 * 构造的长耗时任务
 */
functionreadBigFile() {
  const start = performance.now();
  readFileSync('D:\qujinxiong\资料\node-18.20.2.zip');
  const end = performance.now();
  console.log(`操作耗时: ${end - start} 毫秒`);
}

二、启动服务并连接

具体操作在Node.js 调试能力分析中有介绍，这里不再赘述。连接成功后，切换到 Chrome DevTools 的 Performance 面板，结果如下图所示：

三、点击 DevTools 左上角录制按钮（Record 按钮），开始录制

四、向服务器发起一次请求

打开新的标签页，向服务器发起一次请求

五、点击 DevTools 左上角录制按钮（Record 按钮），停止录制

步骤三、四、五的操作是为了记录发起请求后的性能数据，如下图所示：

六、分析性能数据，定位问题

采集到正确的性能数据后，可以按照以下三步来逐步定位问题：

第一步：Bottom-Up 分析

由于数据量太大，我们需要工具帮助我们初步锁定问题。这个步骤一般来说是性能数据分析的第一步。如下图所示，这个面板下方，用列表展示各个函数自身耗时，通过这个列表可以一眼看出耗时最长的函数，这里是 parserOnIncoming 函数，耗时 608.4ms。一般来说单函数耗时超 50ms 就值得关注了，性能问题可能就出在这种函数中。 Tips：图中 read 函数共执行了 10 次，列表中的 546.0ms 是 10 次之和。

第二步：火焰图分析

鼠标悬停在火焰图上，可以放大火焰图。上一步找到大函数后，我们可以在放大的火焰图上找到该函数，对大函数进一步分析。放大后，可以看到 10 次大文件读取都在一个宏任务中同步读取，同步读取 10 次大文件期间，主线程是阻塞的，读取需要多长时间，就阻塞多长时间，这里是 587ms。至此，我们定位到了开头构造的问题。

第三步：Call Tree 分析

这个面板，算是对火焰图的列表形式的展示。如下图所示，我们通过火焰图找到大函数 parserOnIncoming 的最上层函数 paserOnHeadersComplete 后，一步步展开 paserOnHeadersComplete，可以找到 bigTask1，这是我们自己写的代码。至此，我们定位到了问题代码的位置，从右侧给出的文件链接，我们还能直接打开文件，详细分析代码。

在打开的文件中我们甚至可以加断点，再次触发该代码的执行，即可开始调试。

七、通过拆分宏任务实现优化

js 复制代码

const { createServer } = require('node:http');
const { readFileSync } = require('node:fs');
const { performance } = require('node:perf_hooks');

const hostname = '127.0.0.1';
const port = 3000;

const server = createServer((req, res) => {
  bigTask2();
  res.statusCode = 200;
  res.setHeader('Content-Type', 'text/plain');
  res.end('Hello World');
});

server.listen(port, hostname, async () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});


/**
 * 将10次读取任务拆分的5个宏任务中
 * 这样的话，在5个宏任务的间隙，主线程可以继续处理其他任务，而不会阻塞
 */
functionbigTask2() {
  let count = 0;

  functionchunk() {
    for (let i = 0; i < 2; i++) {
      // 每次处理一小部分
      console.log(count);
      readBigFile();
      count++;
    }
    if (count < 10) {
      console.log('next macro!');
      setTimeout(chunk, 0); // 递归调用，延迟0毫秒继续处理下一部分
    }
  }

  chunk();
}

/**
 * 构造的长耗时任务
 */
functionreadBigFile() {
  const start = performance.now();
  readFileSync('D:\qujinxiong\资料\node-18.20.2.zip');
  const end = performance.now();
  console.log(`操作耗时: ${end - start} 毫秒`);
}

如上代码所示，同样是读取10次大文件，在 bigTask2 中，我们通过 setTimeout（这是一个宏任务），将 chunk 中的 10 次大文件读取，拆分到 5 个宏任务中，每个宏任务中读取两次。这样由于宏任务是异步执行，5 个宏任务之间的间隙，主线程可以继续执行其他同步代码。优化后火焰图如下所示：

下一节，将分享《理解 Node.js 中的 ABI 稳定》相关内容，请大家持续关注本系列内容~学习完本系列，你将获得：

提升调试与性能优化能力
深入理解模块化与扩展机制
探索底层技术与定制化能力

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