高并發(fā)糧情測(cè)控系統(tǒng)Web服務(wù)端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、糧食安全問(wèn)題一直是與人們息息相關(guān)的問(wèn)題。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及、云計(jì)算技術(shù)興起，糧情測(cè)控的有網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端、電腦客戶(hù)端和安卓客戶(hù)端。隨著用戶(hù)數(shù)量的不斷增加，在面對(duì)大量用戶(hù)訪問(wèn)、高并發(fā)請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)容易出現(xiàn)用戶(hù)等待時(shí)間長(zhǎng)、請(qǐng)求失敗、頁(yè)面跳轉(zhuǎn)失敗、和數(shù)據(jù)出錯(cuò)等情況，給用戶(hù)帶來(lái)了極大的不便，因此需要提高系統(tǒng)并發(fā)性能。為了提高系統(tǒng)的并發(fā)性能，在硬件方面，大型網(wǎng)站通過(guò)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行性能提高和擴(kuò)大服務(wù)器集群規(guī)模來(lái)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)的目的。在系統(tǒng)的內(nèi)部性能來(lái)應(yīng)對(duì)高

2、并發(fā)。在HTTP服務(wù)器方面，使用靜態(tài)服務(wù)器分離、負(fù)載均衡等技術(shù)方法。在數(shù)據(jù)庫(kù)性能方面，有數(shù)據(jù)庫(kù)集群、庫(kù)表散列等方法。在緩存方面通過(guò)緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合的方式來(lái)減輕對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)請(qǐng)求壓力?，F(xiàn)有的糧情測(cè)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作時(shí)，使用多線(xiàn)程連接池模式和C++自帶deque來(lái)處理并發(fā)請(qǐng)求，不僅CPU利用率不高、占用大量服務(wù)器資源，而且隊(duì)列等待時(shí)間長(zhǎng)。針對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)狀和只使用現(xiàn)有硬件資源的情況下，本文對(duì)提高系統(tǒng)Web服務(wù)端的并發(fā)性能，開(kāi)展了以下研究工作:

3、
　　(1)通過(guò)對(duì)Node技術(shù)的深入研究，分析其單線(xiàn)程、非阻塞I/O和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的技術(shù)特點(diǎn)。單線(xiàn)程節(jié)省服務(wù)器內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)宏觀并發(fā)，且操作系統(tǒng)沒(méi)有線(xiàn)程創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。非阻塞I/O的核心利用率非常高。Node的底層代碼近半數(shù)都用于事件隊(duì)列、回調(diào)函數(shù)（有優(yōu)先級(jí)）隊(duì)列的構(gòu)建。用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制可以完成服務(wù)器的任務(wù)調(diào)度。
　　(2)利用Node對(duì)CPU充分利用的優(yōu)勢(shì)，將單核單線(xiàn)程N(yùn)ode引申到多核CPU環(huán)境下。通過(guò)對(duì)以往實(shí)現(xiàn)Node

4、多核技術(shù)的研究，分析其負(fù)載不均衡和實(shí)現(xiàn)冗余等劣勢(shì)，結(jié)合反向代理服務(wù)器成熟的均衡算法的優(yōu)勢(shì)和通信劣勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種新的多核解決方案:使用Node服務(wù)器作為反向代理來(lái)減小工作中通信負(fù)擔(dān)的問(wèn)題、保障負(fù)載均衡。該方案不僅可以充分利用Node在高并發(fā)時(shí)的性能優(yōu)勢(shì)，提高程序執(zhí)行效率，最重要的是，可以在保障負(fù)載均衡的前提下提高對(duì)多核CPU資源的利用率。
　　(3)為了提高糧情測(cè)控系統(tǒng)的并發(fā)性能，本文采用Node技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)適合糧情測(cè)控系統(tǒng)的高并

5、發(fā)Web服務(wù)端總體架構(gòu)，針對(duì)功能需求設(shè)計(jì)了一個(gè)包含HTTP服務(wù)器、MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)、Redis緩存和RabbitMQ消息隊(duì)列這四個(gè)模塊的總體架構(gòu)，并對(duì)各模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)HTTP多核服務(wù)器的負(fù)載均衡、對(duì)子進(jìn)程狀態(tài)信息監(jiān)控和防止子進(jìn)程退出時(shí)丟失請(qǐng)求，本文對(duì)基于Node的HTTP多核服務(wù)器的分發(fā)者進(jìn)程和工作者進(jìn)程進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。利用MongoDB性能優(yōu)勢(shì)和擴(kuò)展性，以及其shell客戶(hù)端、數(shù)據(jù)格式與JavaScript匹配優(yōu)勢(shì)，

6、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)MongoDB接口層和更新服務(wù)。利用Redis在后端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的分層緩存機(jī)制，提高緩存的命中率，減少對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的I/O操作的優(yōu)勢(shì)，對(duì)緩存層設(shè)計(jì)時(shí)使用Redis。另外，利用RabbitMQ有高性能、支持消息持久化和緩解系統(tǒng)中各個(gè)層次之間速率不一致的問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，對(duì)緩存更新服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)更新服務(wù)設(shè)計(jì)了RabbitMQ消息隊(duì)列。
　　(4)對(duì)改進(jìn)后的Node多核服務(wù)器和本文設(shè)計(jì)的Web服務(wù)端進(jìn)行壓力測(cè)試，對(duì)比IIS