性能分析工具

Node.js 的性能分析工具是开发者优化应用的关键助手，它们帮助识别瓶颈、分析内存泄漏并提升运行时效率。从内置工具到第三方库，这些工具覆盖了多种场景，为调试和优化提供了强大支持。

内置性能分析工具

Node.js 提供了多种内置工具，无需安装额外依赖即可使用。--inspect 标志是调试和分析的入口，结合 Chrome DevTools 可以实时监控性能。

// 启动带有调试器的 Node.js 应用
node --inspect app.js

process.memoryUsage() 返回内存使用情况，包括堆总量、已用堆内存和外部内存占用：

console.log(process.memoryUsage());
// 输出示例: { rss: 24510464, heapTotal: 6537216, heapUsed: 3923456, external: 823456 }

--prof 标志生成 V8 分析日志，通过 --prof-process 解析为可读格式：

node --prof app.js
node --prof-process isolate-0xnnnnnnn-v8.log > processed.txt

Chrome DevTools 集成

通过 --inspect-brk 启动应用后，在 Chrome 中访问 chrome://inspect 可附加调试器。Performance 标签页记录 CPU 占用，Memory 标签页捕获堆快照：

node --inspect-brk=9229 app.js

示例：分析函数执行耗时

function heavyTask() {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 1e7; i++) sum += i;
  return sum;
}

heavyTask(); // 在 DevTools 中查看此函数耗时

Clinic.js 工具套件

第三方工具 Clinic.js 提供三个核心模块：

• clinic doctor：检测性能问题
• clinic flame：生成火焰图
• clinic bubbleprof：分析异步流程

安装及基础使用：

npm install -g clinic
clinic doctor -- node app.js

火焰图示例显示函数调用栈：

clinic flame -- node app.js

内存泄漏检测

使用 heapdump 模块捕获堆内存快照：

const heapdump = require('heapdump');

setInterval(() => {
  heapdump.writeSnapshot((err, filename) => {
    console.log(`Heap dump written to ${filename}`);
  });
}, 60000);

对比多个快照中的对象保留情况，可识别泄漏源。例如重复增长的数组：

const leaks = [];
setInterval(() => {
  leaks.push(new Array(1e6).fill("*"));
}, 1000);

基准测试工具

benchmark 库精确测量代码执行时间：

const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite();

suite
  .add('RegExp#test', () => /o/.test('Hello World!'))
  .add('String#indexOf', () => 'Hello World!'.indexOf('o') > -1)
  .on('cycle', event => console.log(String(event.target)))
  .run();

实时监控工具

pm2 不仅管理进程，还提供实时监控：

pm2 start app.js --watch
pm2 monit

关键指标包括：

• CPU 使用率
• 内存占用
• 事件循环延迟

事件循环分析

使用 blocked-at 检测事件循环阻塞：

require('blocked-at')((time, stack) => {
  console.log(`Blocked for ${time}ms, operation: ${stack}`);
}, { threshold: 100 });

示例阻塞代码：

function blockLoop() {
  const start = Date.now();
  while (Date.now() - start < 500) {} // 模拟 500ms 阻塞
}
setInterval(blockLoop, 1000);

分布式追踪

opentelemetry 实现跨服务性能追踪：

const { NodeTracerProvider } = require('@opentelemetry/sdk-trace-node');
const provider = new NodeTracerProvider();
provider.register();

const tracer = require('@opentelemetry/api').trace.getTracer('my-app');

tracer.startActiveSpan('main', span => {
  // 业务逻辑
  span.end();
});

网络请求分析

node-timings 记录 HTTP 请求各阶段耗时：

const timings = require('node-timings');
const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  timings.start('request');
  // 处理请求...
  timings.end('request');
  res.end('Done');
});

server.listen(3000);

垃圾回收调优

通过 --trace-gc 标志跟踪垃圾回收：

node --trace-gc app.js

调整 V8 内存参数：

node --max-old-space-size=4096 app.js

性能钩子（Performance Hooks）

perf_hooks 模块提供高精度计时：

const { performance, PerformanceObserver } = require('perf_hooks');

const obs = new PerformanceObserver(items => {
  console.log(items.getEntries()[0].duration);
  performance.clearMarks();
});
obs.observe({ entryTypes: ['measure'] });

performance.mark('A');
setTimeout(() => {
  performance.mark('B');
  performance.measure('A to B', 'A', 'B');
}, 1000);

线程池分析

Node.js 的 libuv 线程池默认大小为 4，可通过环境变量调整：

UV_THREADPOOL_SIZE=8 node app.js

监控线程池使用情况：

const { getUVThreadPoolStats } = require('uv_threadpool_stats');

setInterval(() => {
  console.log(getUVThreadPoolStats());
}, 1000);

数据库查询优化

使用 explain 分析 MongoDB 查询：

const result = await collection.find({ age: { $gt: 30 } })
  .explain("executionStats");
console.log(result.executionStats);

缓存效率检查

cache-manager 的命中率统计：

const cache = require('cache-manager');
const memoryCache = cache.caching({ store: 'memory', max: 100 });

// 包装原始函数
const cachedFunction = cache.wrap(memoryCache, 'key', originalFunction);

// 获取统计
console.log(memoryCache.store.getStats());

压力测试工具

autocannon 进行 HTTP 压测：

npx autocannon -c 100 -d 20 http://localhost:3000

输出包括：

• 请求吞吐量
• 延迟分布
• 错误率

持续性能监控

New Relic 或 Datadog 的 Node.js 集成提供：

• 历史性能数据
• 异常警报
• 依赖服务追踪

配置示例：

require('newrelic');
// 应用代码无需修改