什么是CDN?用了CDN一定会更快吗?

以你之姓@ 2024-05-05 22:20 66阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  CDN是什么?
 *  CDN的工作原理
 *   *  为什么要加个CNAME那么麻烦？
     *  怎么知道哪个服务器IP里调用方最近？
 *  回源是什么
 *   *  回源是什么？
     *  那还有哪些情况会发生回源呢？
 *  怎么判断是否发生回源
 *  用了CDN一定比不用的更快吗？
 *  什么情况下不应该使用CDN？
 *   *   *  什么情况下不应该使用CDN？
 *  总结
 *  参考

看到了小白的文章, 为了加深印象自己来整理一下

## 前言 ##

对于开发同学来说，CDN这个词，既熟悉又陌生。  
平时搞开发的时候很少需要碰这个，但却总能听到别人提起。  
我们都听说过它能加速，也大概知道个原因，但是往深了问。**用了CDN就一定比不用更快吗？**  
就感觉有些懵了。但没关系，今天我们换个角度重新认识下CDN。

## CDN是什么? ##

对于**数字和文本类型**的数据，比方说名字和电话号码相关的信息。我们需要有个地方存起来。我们通常会用**mysql数据库**去存。  
![文本存在mysql中][mysql]  
当我们需要重新将这一数据取出的时候，就需要去读mysql数据库。但因为mysql的数据是存在磁盘上的，单台实例，读性能到差不多5kqps就已经很不错了。

看起来还凑合，但对于稍微大一点的系统，就稍微有点捉急了。  
为了提升点性能，我们在mysql之前再加一层内存做**缓存层**，比如常说的redis，读数据优先到内存里读，读不到才到mysql里读，大大减少了读mysql的次数。有了这套组合拳，读性能轻松上万qps。  
![mysql和redis][mysql_redis]  
到这里，我们说的都是我们平时比较容易接触的开发场景。

但如果现在我要处理的，不再是上面提到的文本类数据，而是图片数据。

那么问题来了。**这张图片数据应该存在哪？，又该从哪里读？**

我们回过头去看mysql和redis的场景，无非就是存储层加缓存层。

![存储层和缓存层][7f30ad5b380f4ab08a8910b57beaaec7.png]  
对于图片这样的**文件对象**，存储层不太可能再用mysql，应该改用专业的**对象存储**，比如亚马逊的S3（Amazon Simple Storage Service，注意后面是三个S开头的单词，所以叫s3），或者阿里云的**oss（Object Storage Service）**。

下面的内容，我们就用比较常见的oss去做解释。

而缓存层，也不能继续用redis了，需要改成使用**CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）**。**可以将CDN简单理解为对象存储对应的缓存层**。  
![CDN和OSS][CDN_OSS]  
现在就可以回答上面的提问，对用户来说，这张图片数据存在了**对象存储**那，当有需要的时候，会从**CDN**那被读出来。

## CDN的工作原理 ##

有了CDN和对象存储之后，现在我们来看下他们之间是怎么工作的。

我们平时看到的图片，可以右键复制查看它的URL。  
![在这里插入图片描述][8fabe6b07add4e52ac1be379c5a01e67.png]  
会发现图片的URL长这样。`https://cdn.xiaobaidebug.top/1667106197000.png`

其中前面的`cdn.xiaobaidebug.top`就是CDN的域名，后面的`1667106197000.png`是图片的路径名。

当我们在浏览器输入这个URL就会发起HTTP GET请求，然后经历以下过程。  
![在这里插入图片描述][27999f576e9d4e20aca286dc643ac18e.png]  
**第一阶段:** 你的电脑会先通过DNS协议获得`cdn.xiaobaidebug.top` 这个域名对应的IP。

*  step1和step2：先查看浏览器缓存，再看操作系统里的`/etc/hosts` 缓存，如果都没有，就会去询问最近的DNS服务器（比如你房间里的家用路由器）。看看最近的DNS服务器上有没有对应的缓存，如果有则返回。
 *  step3：如果最近的DNS服务器上没有对应的缓存，就会去查询**根域，一级域，二级域，三级域服务器**。
 *  step4：然后，最近的DNS服务器会得到这个`cdn.xiaobaidebug.top` 域名的**别名（CNAME）**，比如`cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com` .
 *  `kunlunaq.com`是阿里**CDN专用的DNS调度系统**。
 *  step5到step7：此时**最近的DNS服务器**会去请求这个`kunlunaq.com` ，然后返回一个**离你最近的IP地址**返回给你。

**第二阶段:** 对应上图里的`step8`。浏览器拿着这个IP去访问**cdn节点**，然后，cdn节点返回数据。

> 上面第一阶段流程里，提到了很多新的名词，比如`CNAME，根域，一级域`啥的，可以自行查阅资料了解一下.

我们知道**DNS的目的就是通过域名去获得IP地址**。但这只是它的众多功能之一。

DNS消息有很多种类型，其中**A类型**，就是用 域名 去查 域名对应的IP地址。而**CNAME类型**，则是用 域名 去查 这个域名的**别名**。  
![在这里插入图片描述][f733c6f71272454fb230565875f519d6.png]  
对于**普通域名**，DNS解析后一般就能直接得到域名对应的IP 地址（又叫**A类型记录**，A指Address）。

比如下面，用`dig`命令发出DNS请求并打印过程数据。

$ dig +trace xiaobaidebug.top
    ;; ANSWER SECTION:
    xiaobaidebug.top. 600 IN A 47.102.221.141

可以看到`xiaobaidebug.top`直接解析得到对应的IP地址`47.102.221.141`。

但对于**cdn域名**，一波查询下来，先得到的却是一条`CNAME`的记录`xx.kunlunaq.com`，然后`dig`这个`xx.kunlunaq.com`才能得到对应的IP地址。

$ dig +trace cdn.xiaobaidebug.top
    cdn.xiaobaidebug.top. 600 IN CNAME cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com.
    
    
    $ dig +trace cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.243
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.241
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.244
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.249
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.248
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.242
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.250
    cdn.xiaobaidebug.top.w.kunlunaq.com. 300 IN A 122.228.7.251

看到这里，问题就又来了。

### 为什么要加个CNAME那么麻烦？ ###

CNAME里指向的，其实是**CDN专用的DNS域名服务器**，它对整个DNS体系来说，只是其中一台小小的DNS域名服务器，看起来就跟其他域名服务器一样，平平无奇。DNS请求也会正常打入这个服务器里。

但当请求真正打到它上面的时候，它的特别之处就体现出来了，当查询请求打入域名服务器时，**普通的DNS域名服务器**返回域名对应的部分IP就够了，但**CDN专用的DNS域名服务器**却会要求返回离调用方"**最近的**"服务器IP。  
![CDN专用的DNS解析服务器会返回就近的CDN节点IP][CDN_DNS_CDN_IP]

### 怎么知道哪个服务器IP里调用方最近？ ###

可以看到"最近"这个词其实是**加了双引号的**。

CDN专用的DNS域名服务器其实是CDN提供商提供的，比如阿里云当然知道自己的的CDN节点有哪些，以及这些CDN服务器目前的负载情况和响应延时甚至权重啥的，并且也能知道调用方的IP地址是什么，可以通过调用方的IP知道它所属的运营商以及大概所在地，**根据条件筛选出最合适的CDN服务器，这就是所谓的"最近"**。

举个例子。假设地理位置最近的CDN机房流量较多，响应较慢，但地理位置远一些的服务器却能更好的响应当前请求，那按理说可能会选择地理位置远一些的那台CDN服务器。

也就是说，**选出来的服务器不一定在地理位置最近，但一定是当前最合适的服务器**。

## 回源是什么 ##

上面的图片URL，是`https://cdn域名/图片地址.png`的形式。也就是说这张图片是访问CDN拿到的。

那么，直接访问对象存储能不能拿到图片数据并展示？比如像这样。`https://oss域名/图片地址.png`

这就像问，不走redis，直接从mysql中能不能读取到文本数据并展示一样。**当然能。**

但这样成本更高，这里的成本，可以**指性能成本，也可以指调用成本**。看下面这个图。  
![在这里插入图片描述][cad9b76e401e4a4abf4bdd51646307ef.png]  
可以看到直接请求oss的费用差不多是通过cdn请求oss的两倍，考虑到家境贫寒，同时也为了让博客获取图片的速度更快，就接入了CDN。

但看到这里，问题又又来了。上面的截图里，红框里有个词叫"**回源**"。

### 回源是什么？ ###

当我们访问`https://cdn域名/图片地址.png`时，请求会打到cdn服务器上面。

但cdn服务器本质上就是一层缓存，并不是数据源，**对象存储才是数据源**。

**第一次**访问cdn获取某张图片时，大概率在cdn里并没有这张图片的数据，因此需要回到数据源那去取出这份图片数据。然后再放到cdn上。下次再次访问cdn时，只要缓存不过期，就能命中缓存直接返回，这就不需要再回源。

于是访问的过程就变成了下面这样。  
![在这里插入图片描述][43b1b189713c4d5f843a7f7f4d646ceb.png]

### 那还有哪些情况会发生回源呢？ ###

除了上面提到的cdn上拿不到数据会回源站外，还有cdn上的**缓存过期失效了**也会导致回源站。

另外，就算有缓存，且缓存不过期，也可以通过cdn提供的**开放接口来触发主动回源**，但这个我们比较少机会能接触到。

另外，回源这个事情，其实用户是**感知不到**的，因为用户去读图片的时候，只能知道自己读到了还是读不到。

同样是**读到了**，还细分为是从**cdn那直接读的**，还是**cdn回源读对象存储之后返回的**。  
![有缓存直接返回和没缓存回源的区别][213e20c0af1b4077a3e8af5680e07629.png]

那么，\*\*我们有办法判断是否发生过回源吗？\*\*有。我们接着往下看。

## 怎么判断是否发生回源 ##

我们以某里云的对象存储和CDN为例。

假设我要请求下面这张图`https://cdn.xiaobaidebug.top/image/image-20220404094549469.png`

为了更方便的查看响应数据的`http header`，我们可以用上`postman`。

通过GET方法去请求图片数据。

然后通过下面的`tab`切换查看`response header`信息。  
![查看response header述][response header]  
![回源的情况][0d77136b86bb47de8a7b8da518903e91.png]  
此时查看`response header`下的`X-Cache`的值是`MISS TCP_MISS`。意思是未命中缓存导致CDN回源查oss，拿到数据后再返回。

那此时CDN里肯定是有这张图片的缓存了。我们可以试着再执行一次 GET 方法获取图片。  
![在这里插入图片描述][a64f41efb30d49979e6d55e022d0e4d6.png]  
`X-Cache`的值就变成了`HIT TCP_MEM_HIT`，这就是命中缓存了。

这个是某里云的做法，其他比如腾某云啥的，也都大差不差，几乎都可以从`response header`里找到相关的信息。

## 用了CDN一定比不用的更快吗？ ##

看到这里我们就可以回答文章开头的问题了。

如果没有接入CDN，直接访问源站，流程是这样的。  
![在这里插入图片描述][b929589b50b54b988a8ee61393f98f9e.png]  
但如果接入了CDN，且CDN上没有缓存数据，那就会触发回源。  
![在这里插入图片描述][52788bb04a48437e91666d4433443ff7.png]  
相当于在原来的流程上还多了一层CDN的调用流程。

也就是，用了CDN时，**未命中CDN缓存**导致**回源**，就会比不用的时候更慢。

未命中缓存，可能是**cdn里压根就没这一数据**，也可能是**曾经有这条数据但后来过期失效了**。

这两种情况都正常，**大部分时候并不需要做任何处理**。

但对于极个别场景，我们可能需要做些优化。比如你们源站数据有大版本更新，就像**更换cdn域名**啥的，那在上线的那一刻用户全用新cdn域名去请求图片啥的，新CDN节点基本上百分百触发回源，严重的时候甚至可能会拖垮对象存储。这时候你可能需要提前将热点数据筛选出来，利用工具预先请求一波，让CDN加载上热数据缓存。比如某里云上的CDN就有这样的"**刷新预热**"功能。  
![在这里插入图片描述][f3ab53f0954e42f584c2b3ee50a17b2b.png]

当然也可以通过**灰度发布**的模式，先让少量用户体验新功能，让这些用户把cdn"热"起来，然后再逐步放开流量。

还有就是**曾经有这条数据但后来过期失效**了，对于热点数据，可以适当提高一下cdn数据的**缓存时间**。  
![在这里插入图片描述][86fabc2437644ce4bf6f229bf9c6a73e.png]

## 什么情况下不应该使用CDN？ ##

从上面的描述看下来，CDN最大的优势在于，对于来自世界各地的用户，它可以**就近分配CDN节点**获取数据，并且**多次重复获取同一个文件**数据的时候，有缓存加速的作用。

这对于网页图片这样的场景，是再合适不过了。因为底层用的是**对象存储**，也就是说，只要是文件对象，比如**视频**啥的，都可以用这套流程接入cdn做加速。比如平时刷的某音某手短视频就是这么干的。

那反过来想想，问题就来了。

#### 什么情况下不应该使用CDN？ ####

如果你有一个公司**内网**的服务，并且服务请求的图片等文件不太可能被**多次重复调用**，这时候其实没必要使用CDN。

注意上面两个加粗了的关键点。

*  **内网服务**，是为了保证你是了解服务的请求来源的，也能拿到对象存储的**读权限**，并且如果你的对象存储也是公司内部的，那大概率跟你的服务已经在**同一个机房**里，这已经**很近了**。接入CDN也享受不到"就近分配CDN节点"所带来的好处。
 *  图片或其他文件**不太可能被多次重复使用**，如果接入了CDN，那你每次去访问CDN获取图片的时候，CDN节点上大概率没有你要的数据，相当于每次都需要**回源**到对象存储去取一把。那接入CDN相当于给自己加了一层代理，多一层代理，就多一层耗时。  
    ![在这里插入图片描述][42d22b92ea0d447a908d3e00a361e323.png]  
    关于上面的第二点，如果你需要一个明确的指标去说服自己，那我可以给你一个。从上面的介绍内容，我们知道，可以通过cdn响应的http header中的`X-Cache`字段，看到一个请求是否触发过回源，统计次数，再除以总的请求数，就能得到回源的比例，比如回源比例高达90%，那还接啥cdn。

## 总结 ##

*  对于文本类数据我们习惯用mysql做存储，redis做缓存。但属于文件类数据，比如视频图片，则需要使用oss等做对象存储，cdn做缓存
 *  用了CDN如果发生回源，那实际上会比不用的时候更慢一些。
 *  CDN最大的优势在于，对于来自世界各地的用户，它可以就近分配CDN节点获取数据，并且多次重复获取同一个文件数据的时候，有缓存加速的作用。如果你的服务和对象存储都在内网，并且文件数据也不太会有重复使用的可能性，那其实没必要接入cdn。

## 参考 ##

侵删  
来自微信公众号: 小白debug  
![在这里插入图片描述][94b81791ef14447b81e9d7191a5ae3fc.png]

[mysql]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/98899b4ae29848f4a13257a6a99540a1.png
[mysql_redis]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/cb7e810f73204f89abafabeff883c29c.png
[7f30ad5b380f4ab08a8910b57beaaec7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/5ad09e7acd61488893bf4502a5957383.png
[CDN_OSS]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/af2a84d756c84a91957d883c97c3bc85.png
[8fabe6b07add4e52ac1be379c5a01e67.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/b101a9f653e94a0291bf8c985f674671.png
[27999f576e9d4e20aca286dc643ac18e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/792711d253554aa7a84590e183160fba.png
[f733c6f71272454fb230565875f519d6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/3facb0ec96dd410ea172a40d8bb37acb.png
[CDN_DNS_CDN_IP]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/5996cf431c1140729628140aea014a8a.png
[cad9b76e401e4a4abf4bdd51646307ef.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/011ce13eefb24facbc2f097bd1692e59.png
[43b1b189713c4d5f843a7f7f4d646ceb.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/2a2968e770b74d10a4fe11067aae9294.png
[213e20c0af1b4077a3e8af5680e07629.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/0d917082b4e242ee9ff4636c96e5ae25.png
[response header]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/4c3e43a9ffb84c96b306ffb7bb2b0c85.png
[0d77136b86bb47de8a7b8da518903e91.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/a617901f3b2541e8beed4b3eae399223.png
[a64f41efb30d49979e6d55e022d0e4d6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/ce390c1d9fab4f8ab49a932f5532c7bb.png
[b929589b50b54b988a8ee61393f98f9e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/65053e44e3934ff293de6b789c5b49a4.png
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[f3ab53f0954e42f584c2b3ee50a17b2b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/05/4127baff8d34469da8ffc828b93d89b5.png
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