什么是網(wǎng)絡延遲？如何測量延遲？

作者：MobotStone

1、什么是延遲呢？

延遲其實就是我們在網(wǎng)頁瀏覽或者使用應用時，從我們點擊請求到服務器返回結(jié)果給我們之間的時間差。就像你在跟朋友打電話，你說完話后，朋友聽到并回應你所說話的時間差一樣。

我們的最終目標是創(chuàng)建一個系統(tǒng)，讓這個時間差變得盡可能短，也就是實現(xiàn)零延遲。但現(xiàn)實世界中，有各種各樣的問題會導致系統(tǒng)出現(xiàn)延遲。如果系統(tǒng)的延遲很低，那么我們請求得到響應的時間就會很短。每次你在瀏覽器中輸入網(wǎng)址或者點擊一個鏈接，瀏覽器都會向服務器發(fā)出一個請求信號，然后服務器需要處理這個請求，獲取需要的信息，最后把這些信息返回給你的瀏覽器。整個過程中就會有一些時間差，這就是延遲。所以，我們要不斷努力降低延遲，提高系統(tǒng)的響應速度。

2、延遲是怎么回事呢？

延遲其實就是你在請求后需要等待的時間，就像等待快遞送到家門一樣。來看個例子，更容易理解它是怎么運作的。

想象你正在和一個電子商務網(wǎng)站（比如淘寶）互動，你喜歡一個商品，然后把它加入購物車。現(xiàn)在，當你點擊“添加到購物車”按鈕時，下面的事情會依次發(fā)生：

你點擊了“添加到購物車”按鈕，這時就像你啟動了一個計時器，瀏覽器開始向服務器發(fā)請求。

服務器收到請求，然后開始處理它，就像你的快遞訂單到了快遞中心一樣。

服務器處理完后，回應你的請求，信息到達你的瀏覽器，商品成功添加到購物車中，就像你的包裹送到了家門口一樣。

你可以想象在第一步按下了計時器的啟動按鈕，然后在最后一步停下，這段時間就是延遲。希望這個例子能讓你更容易理解延遲是如何運作的。

3、延遲都是怎么來的呢？

現(xiàn)在，你應該已經(jīng)理解了要點，但是你知道是什么造成了延遲嗎？網(wǎng)絡中的延遲受多種因素影響，它們在確定延遲的具體數(shù)值時扮演著關(guān)鍵角色。其中一個主要因素是出站呼叫。回到之前添加購物車的例子，當你點擊瀏覽器上的按鈕時，請求會發(fā)送到后端的某個服務器，這個服務器可能會在內(nèi)部調(diào)用多個服務來進行計算（可能是同時或者按順序），然后等待它們的響應或?qū)⑺鼈儏R總。所有這些因素都會增加呼叫的延遲。但總結(jié)起來，主要由以下幾個因素引起：

傳輸介質(zhì)：傳輸介質(zhì)指的是信息在起點和終點之間的物理路徑。系統(tǒng)的延遲會取決于用于傳輸請求的介質(zhì)類型。廣域網(wǎng)、光纖電纜等傳輸介質(zhì)都廣泛應用，但每種介質(zhì)都有自己的限制，這會影響延遲。

傳播延遲：這指的是數(shù)據(jù)包從一個源傳播到另一個源所需的時間。系統(tǒng)的延遲很大程度上取決于通信節(jié)點之間的距離。節(jié)點距離越遠，系統(tǒng)的延遲就會越高。

路由器：路由器在通信中扮演著重要的角色，它們需要一些時間來分析數(shù)據(jù)包的標頭信息。延遲取決于路由器處理請求的效率。每一次路由器到路由器的跳躍都會增加系統(tǒng)的延遲。

存儲延遲：系統(tǒng)的延遲還受到所使用的存儲系統(tǒng)類型的影響，因為處理和返回數(shù)據(jù)可能需要一些時間。因此，訪問存儲中的數(shù)據(jù)會增加系統(tǒng)的延遲。

4、如何測量延遲？

要量化延遲其實很簡單，我們有幾種常用的方法，讓我們來看看最常見的三種：

Ping（網(wǎng)絡探測）：Ping是測量延遲最常用的工具之一。它的原理是向目標地址發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，然后查看接收到響應所需的時間。更快的Ping意味著連接更敏捷，響應更迅速。

Traceroute（路徑跟蹤）：Traceroute是另一個用于測試延遲的工具。它也使用數(shù)據(jù)包，但不止如此，它還會逐一記錄數(shù)據(jù)包從源到目的地經(jīng)過的每個中間節(jié)點所需的時間。這有助于識別網(wǎng)絡中的延遲點。

MTR（網(wǎng)絡診斷工具）：MTR是Ping和Traceroute的超級組合。MTR提供了詳盡的報告，列出了從一個端點到另一個端點所需的每個網(wǎng)絡節(jié)點的信息。這份報告通常包括了各種細節(jié)，比如丟包率、平均延遲等，非常有助于分析網(wǎng)絡性能。

5、延遲優(yōu)化

延遲是系統(tǒng)性能的絆腳石，所以我們需要采取一些措施來進行優(yōu)化。下面是一些簡單又實用的方法，可以幫助我們減少延遲：

采用HTTP/2：使用HTTP/2協(xié)議可以顯著減少延遲。它支持并行傳輸，最大程度地減少了數(shù)據(jù)從發(fā)送方到接收方的往返次數(shù)，這對于降低延遲非常有效。

減少外部HTTP請求：第三方服務會增加延遲。通過減少外部HTTP請求的數(shù)量，我們可以提高系統(tǒng)的響應速度和質(zhì)量。

使用CDN：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡（CDN）被證明能夠減少延遲。CDN會在全球多個位置緩存資源，從而減少請求和響應的傳輸時間。這意味著可以從更接近客戶端的緩存位置獲取請求，而不必每次都回到原始服務器。

瀏覽器緩存：利用瀏覽器緩存，可以減少向服務器發(fā)送的請求次數(shù)，從而降低延遲。瀏覽器會在本地緩存特定資源，這對于提高頁面加載速度很有幫助。

優(yōu)化磁盤I/O：為了減小磁盤I/O的影響，我們需要優(yōu)化算法，盡量減少頻繁的磁盤寫入操作?？梢钥紤]使用直寫式緩存、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，或者在適當?shù)那闆r下進行寫入合并，還可以考慮使用快速存儲系統(tǒng)，比如SSD。

作為開發(fā)人員，我們還可以在應用程序級別采取一些方法來優(yōu)化延遲：

避免低效算法：高效的算法是代碼中延遲的主要來源之一。要盡量避免不必要的循環(huán)或昂貴的嵌套操作。

避免鎖定的設計模式：鎖定會引入延遲，因此我們應該采用避免鎖定的設計模式，特別是在多線程環(huán)境中。

采用異步編程模型：異步編程可以更好地利用硬件資源，因為它避免了阻塞操作，從而減少等待時間。

限制無界隊列深度：限制無界隊列深度并提供反壓通常可以減少代碼中的等待時間，從而產(chǎn)生更可預測的延遲。

這些方法可以幫助我們優(yōu)化延遲，提高系統(tǒng)性能，讓用戶獲得更好的體驗。

審核編輯：黃飛