接下來要了解如何在 Node.js 應用中進行性能優化，學習常見的技術如記憶體管理、異步操作優化、以及避免常見的效能瓶頸。

為什麼需要性能優化？

隨著應用程式的擴展，效能問題變得越來越顯著，尤其是對於大流量的服務。性能優化可以：

• 提升響應速度： 讓應用處理更多請求而不延遲。
• 降低資源消耗： 減少伺服器記憶體、CPU 等資源的消耗，降低運營成本。
• 提升用戶體驗： 提高應用穩定性與流暢度，帶來更好的使用感受。

Node.js 的事件驅動與單執行緒模型

Node.js 是單執行緒的事件驅動架構，這使它在處理 I/O 密集型任務（如讀寫檔案、網路請求）時有很高的效能，但對於 CPU 密集型任務則可能成為瓶頸。

異步操作優化

Node.js 的非同步操作是性能優化的關鍵之一。優化策略包括：

• 避免阻塞操作： 使用非同步 I/O（例如 fs.promises 或 async/await）。
• 非同步批處理： 同時處理多個異步操作可以顯著提升效率（如批量資料庫查詢）。
• 善用並行處理： 對於 CPU 密集型任務，考慮使用 worker_threads 或 cluster 模組來並行處理。

避免阻塞事件迴圈

Node.js 的事件迴圈是應用的核心。若執行長時間的同步程式（如大型計算），會阻塞事件迴圈，使應用無法回應新的請求。

記憶體管理與垃圾回收

Node.js 使用 V8 引擎來管理記憶體和執行垃圾回收機制。了解記憶體的分配與回收對優化應用的效能非常重要。

記憶體分配

V8 引擎將記憶體分為兩部分：

• 新生代空間： 存放壽命較短的物件，這部分會頻繁執行垃圾回收。
• 老生代空間： 存放存活時間較長的物件，回收次數較少，但耗時更久。

常見的記憶體問題

1. 記憶體洩漏： 程式持續占用記憶體但無法回收，導致應用崩潰或卡頓。常見原因包括：

• 全局變數： 過多的全局變數無法被垃圾回收。
• 閉包： 不必要的閉包會持續佔用記憶體。

2. 未釋放的事件監聽器： 像是沒有正確解除 EventEmitter 的監聽器，會導致內存持續增長。

垃圾回收策略

V8 採用標記-清除的垃圾回收策略。當記憶體超出限制或到達某個閾值時，會執行垃圾回收。開發者可以通過調整記憶體閾值來控制回收頻率。
設置最大記憶體限制（默認約 1.4 GB）：

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

性能優化技巧

使用快取（Caching）

• 快取重複計算： 對於計算密集型或重複執行的操作，考慮將結果快取起來。
• 快取 HTTP 請求： 對於多次重複的 API 請求，可以考慮在伺服器或客戶端進行快取，減少後端計算量。

壓縮與縮小資料傳輸

在伺服器與客戶端之間傳輸數據時，可以使用壓縮技術來減少傳輸大小，提升網路速度。
在 Express 中啟用 gzip 壓縮：

js
const compression = require('compression');
app.use(compression());

使用 Cluster 模組

Node.js 的單執行緒限制了 CPU 的使用效率。可以使用 Cluster 模組來創建多個工作進程，充分利用多核心 CPU：

js
const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
  for (let i = 0; i < numCPUs; i++) {
    cluster.fork();
  }
} else {
  http.createServer((req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Hello, World!');
  }).listen(8000);
}

優化資料庫操作

• 批量處理： 儘量避免一個一個的進行查詢，使用批量查詢減少連接開銷。
• 使用索引： 在資料庫中使用索引可以大幅提升查詢性能。

監控與分析

使用內建工具

process.memoryUsage()：可以隨時查看 Node.js 應用的記憶體使用情況，了解堆內存分配狀況。

js
console.log(process.memoryUsage());

實際打入 Node.js ，執行結果會如下：

使用 Profiling 工具

• Chrome DevTools： 可以將 Node.js 與 Chrome 開發者工具連接，進行 CPU 與記憶體的分析。啟動應用時使用以下參數：

js
node --inspect app.js

然後在 Chrome 瀏覽器中進入 chrome: //inspect，連接到應用進行分析。

• node --prof： 生成 V8 的 CPU 分析報告，幫助分析效能瓶頸。

使用專業監控工具

New Relic、Datadog 等工具可以對應用進行即時監控，提供 CPU、記憶體和請求性能的詳細數據，幫助快速定位性能瓶頸。

總結

今天探討了 Node.js 性能優化和記憶體管理的基本概念，理解了如何通過異步操作、快取、垃圾回收管理、以及多執行緒來提升應用效能。這些技術在實際開發中能顯著提高應用的反應速度和穩定性，並為後續的應用擴展打下基礎。