高敏　寧玉文

摘 要： MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)在線教育的重要技術(shù)支撐平臺(tái)，滿足了學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)的多樣化需要，但是因其用戶量大、訪問時(shí)間相對集中的原因?qū)е缕脚_(tái)用戶響應(yīng)時(shí)間較長，影響了學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)。為了改進(jìn)MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的性能，減少用戶響應(yīng)時(shí)間，本文以陜西省高等教育MOOC中心平臺(tái)為例，在對平臺(tái)構(gòu)成進(jìn)行剖析的基礎(chǔ)上，使用啟云測試網(wǎng)站對陜西省MOOC平臺(tái)的用戶響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測量，明確了影響平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的前端和后臺(tái)因素，然后通過對網(wǎng)頁的構(gòu)成和網(wǎng)站通信模型的深入分析，提出網(wǎng)站前端性能優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是減少網(wǎng)頁組件、降低平均傳輸數(shù)據(jù)量、減少鏈接開銷和提高傳輸速率，在對這四部分的優(yōu)化原理詳細(xì)剖析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)前端和后臺(tái)性能優(yōu)化策略；最后，根據(jù)優(yōu)化策略對陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化，并測量和分析了MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)優(yōu)化后的響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：MOOC；在線學(xué)習(xí)平臺(tái)；響應(yīng)時(shí)間；網(wǎng)站通信模型；優(yōu)化策略

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1673-8454（2018）04-0018-07

一、引言

互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了跨時(shí)空的生活、工作和學(xué)習(xí)方式，使知識(shí)獲取的方式和渠道發(fā)生了根本變化，教與學(xué)可以不受時(shí)間、空間和地點(diǎn)條件的限制，逐步從課堂為主轉(zhuǎn)向基于互聯(lián)網(wǎng)的線上和線下OTO教育模式。[1]教育模式的變革必然帶來教學(xué)資源的根本性變革，以MOOC（massive open online courses）為代表的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源已經(jīng)成為當(dāng)前主流的在線學(xué)習(xí)資源，它將學(xué)校中的課堂轉(zhuǎn)化成更碎片化、更適合在線學(xué)習(xí)的形式，[2]將以紙質(zhì)課本為主的知識(shí)體系用信息技術(shù)改造成為以網(wǎng)頁和視頻為主的多媒體形式，并移植到了互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。許多地區(qū)或高校已經(jīng)以Web形式建立了MOOC課程平臺(tái)，如上海高校課程中心、教育部學(xué)堂在線等MOOC課程平臺(tái)已經(jīng)成為資源共享的窗口，也是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者OTO學(xué)習(xí)的主陣地，這些資源平臺(tái)一是擺脫了教室和學(xué)校的空間位置束縛，實(shí)現(xiàn)了教育的大規(guī)模化，可以支持全球大規(guī)模學(xué)生同時(shí)學(xué)習(xí)；二是克服了時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、按自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)，并及時(shí)獲得學(xué)習(xí)反饋；三是解決了優(yōu)質(zhì)教育資源大范圍優(yōu)化配置問題，縮小了數(shù)字化鴻溝，實(shí)現(xiàn)了教育信息資源的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性變革。[3]

為了滿足在線學(xué)習(xí)者的多樣化學(xué)習(xí)需要，MOOC課程平臺(tái)呈現(xiàn)的內(nèi)容和形式也越來越豐富，許多網(wǎng)站采用了大量的圖片、視頻、flash、JavaScript交互腳本和CSS樣式表，這雖然豐富了在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的內(nèi)容，但是卻增加了平臺(tái)的數(shù)據(jù)加載量，延長了網(wǎng)頁在瀏覽器中響應(yīng)的時(shí)間。[4]尤其是在線集中授課時(shí)，大規(guī)模的在線學(xué)習(xí)者集中點(diǎn)播視頻或進(jìn)行討論或提交作業(yè)等的交互活動(dòng)，服務(wù)器系統(tǒng)必須具備提供大量并發(fā)訪問服務(wù)的能力，其處理能力和I/O能力已經(jīng)成為提供服務(wù)的瓶頸，學(xué)習(xí)者的增多導(dǎo)致通信量超出了服務(wù)器能承受的范圍，MOOC平臺(tái)就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)頁點(diǎn)擊響應(yīng)時(shí)間長，視頻頻繁緩沖、作業(yè)提交失敗等現(xiàn)象、甚至?xí)疱礄C(jī)，直接影響著用戶的響應(yīng)速度，阻礙了在線教學(xué)質(zhì)量的提高，這是當(dāng)前MOOC平臺(tái)建設(shè)時(shí)需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。筆者針對在線MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的響應(yīng)速度問題，從網(wǎng)站通信原理入手，對陜西省高等教育MOOC中心學(xué)習(xí)平臺(tái)的前端和后端性能進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

二、影響MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的因素分析

1.MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)成

陜西省高等教育MOOC中心隸屬于陜西省教育廳，委托西安交通大學(xué)技術(shù)服務(wù)，業(yè)務(wù)上接受省教育廳高等教育處、信息保障處指導(dǎo)，是陜西省MOOC資源的共享和應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)，主要共享陜西省高校的優(yōu)質(zhì)MOOC課程資源，面向全球?qū)W習(xí)者提供學(xué)習(xí)服務(wù)，截至2017年8月已經(jīng)有308門課程上線，陜西省的23所本科高校加盟其中，平臺(tái)具有視頻課程、教學(xué)課件、作業(yè)、在線測試和討論交流五大核心資源。

陜西省MOOC課程平臺(tái)整體部署采取云服務(wù)架構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)核心節(jié)點(diǎn)位于西安交通大學(xué)，同時(shí)與陜西省信息化中心形成數(shù)據(jù)互備，各高校擁有獨(dú)立賬戶和虛擬服務(wù)空間，可根據(jù)權(quán)限靈活設(shè)定共享資源的三級級訪問范圍（校內(nèi)、省內(nèi)、公開）。在數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)包括緩存服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)分為用戶數(shù)據(jù)庫和課程數(shù)據(jù)庫兩部分，均以集群方式提供服務(wù)；在接入層，提供靜態(tài)文件下載和系統(tǒng)負(fù)載均衡服務(wù)；在視頻服務(wù)層，視頻系統(tǒng)通過視頻集群提供課程所需的視頻播放服務(wù)，集群由控制節(jié)點(diǎn)、上傳節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)碼節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)組成，集群規(guī)?？梢罁?jù)使用量進(jìn)行動(dòng)態(tài)增加和收縮。

該平臺(tái)的建立將打破陜西省內(nèi)教育資源供給結(jié)構(gòu)單一的現(xiàn)狀，形成多元的供給結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)在課程共享方面，自建平臺(tái)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)陜西省內(nèi)的優(yōu)質(zhì)課程供給與聯(lián)合教學(xué)，并與愛課程、好大學(xué)在線等公共服務(wù)平臺(tái)達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，為陜西省優(yōu)質(zhì)課程提供更大的共享服務(wù)范圍。如圖1所示，平臺(tái)以課程管理，學(xué)習(xí)管理，學(xué)習(xí)評價(jià)為核心功能，主要分為基礎(chǔ)設(shè)施層，平臺(tái)支撐層，業(yè)務(wù)應(yīng)用層和統(tǒng)一門戶層，另外還有信息安全保障體系和運(yùn)維監(jiān)控服務(wù)體系。

基礎(chǔ)設(shè)施主要依托陜西省高等教育數(shù)據(jù)中心提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，平臺(tái)支撐層主要提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換，支持單點(diǎn)登錄。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是按照在線開放課程建設(shè)與使用的基本流程，重點(diǎn)提供視頻點(diǎn)播，學(xué)習(xí)過程跟蹤、數(shù)據(jù)決策分析，教學(xué)質(zhì)量反饋四種核心功能。具體來說主要包括在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)（LMS：Learning management system）和課程管理系統(tǒng)（CMS：course management system）、教學(xué)分析工具、主題等。其中在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)涵蓋了課程教學(xué)視頻、作業(yè)與自測題、線上課程討論區(qū)、課程Wiki、課程大綱、課程公告、課程進(jìn)度跟蹤、拓展學(xué)習(xí)資料、社交網(wǎng)絡(luò)分享等，提供給學(xué)習(xí)者基本服務(wù)；課程管理系統(tǒng)包含創(chuàng)建課程、課程自定義設(shè)置、課程資源管理、評價(jià)和考核方式設(shè)定以及一些常用的教學(xué)工具，為授課教師制作和改編MOOC課程提供全方位服務(wù)；教學(xué)分析工具為授課教師和教學(xué)管理人員提供成績單導(dǎo)出、供開展教學(xué)管理和教學(xué)研究進(jìn)行使用；主題/服務(wù)設(shè)置使用教育云服務(wù)的院校和機(jī)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際情況定制和打造屬于自己的主題界面和其他業(yè)務(wù)工作流服務(wù)。不僅要實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的集中存儲(chǔ)，還支持在線開放課程（MOOC）的制作、發(fā)布、共享、運(yùn)行與管理[5]。為陜西高校教師提供聯(lián)合/獨(dú)立開課、在線授課、遠(yuǎn)程互動(dòng)、跨校直播、課程管理等服務(wù)，為在線學(xué)習(xí)者提供跨校選課、在線學(xué)習(xí)、電子化測評、移動(dòng)學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)、學(xué)分授予等服務(wù)功能。同時(shí)，該平臺(tái)還將從教師、學(xué)生、課程等多個(gè)視角為陜西高校教學(xué)管理者提供統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告，為評價(jià)共享成效和優(yōu)化供給結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)。endprint

統(tǒng)一門戶層將用戶按不同的身份登入，可分為學(xué)生、教師、系統(tǒng)管理員等身份，按身份不同針對性的顯示相關(guān)信息，主要包括推薦視頻、最新上線課程瀏覽、推薦直播、統(tǒng)計(jì)和排行瀏覽、課程資源管理、互動(dòng)學(xué)習(xí)、教學(xué)觀摩、教學(xué)評估、系統(tǒng)運(yùn)維管理等內(nèi)容。

2.陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的測量

網(wǎng)站的響應(yīng)時(shí)間，是判斷一個(gè)網(wǎng)站是否是好網(wǎng)站的重要因素之一，它主要包括解析時(shí)間、連接時(shí)間和下載時(shí)間。網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間主要指請求的網(wǎng)頁從空載到負(fù)載發(fā)生一個(gè)步進(jìn)值的變化時(shí)，通俗說就是用戶發(fā)出資源請求到資源完整顯示的時(shí)間，網(wǎng)站的正常響應(yīng)時(shí)間一般為0.1秒—10秒，[6]大于此時(shí)間，用戶就會(huì)明顯感知打開網(wǎng)頁緩慢，等待時(shí)間較長，部分專家提出網(wǎng)頁訪問速度提升10%，用戶量提升30%，網(wǎng)速下降10%，失去的用戶量將會(huì)大于30%，所以網(wǎng)站的響應(yīng)速度與用戶的關(guān)系十分重要。

測試目的，為了測量陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間，探究影響網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間的因素，筆者對陜西省高等教育MOOC中心網(wǎng)站進(jìn)行了響應(yīng)時(shí)間測試。

測試工具，測試網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間的免費(fèi)工具有很多，它們大多可以測量所提交頁面HTTP元素的載入速度，筆者選用的是奇云測試站長工具，是360推出的在線網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間測試平臺(tái)，有GET檢測和PING檢測，可以檢測網(wǎng)站的性能，還加入了瀑布流圖，能精確地描述每一個(gè)頁面元素的加載情況，能夠方便找出網(wǎng)頁中加載速度較慢的部分，根據(jù)檢測結(jié)果，還會(huì)給網(wǎng)站打出綜合分，目前已經(jīng)在全國26個(gè)省區(qū)建立了76個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)。

測試步驟，啟云測試網(wǎng)站（http：//ce.cloud.#/）的測試方法極其簡單，只需要輸入待測網(wǎng)站的網(wǎng)址或IP地址即可[7]。但是在不同時(shí)段，不同測試點(diǎn)的網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間會(huì)有一定差別，為了更加準(zhǔn)確的測量網(wǎng)站的響應(yīng)時(shí)間。筆者結(jié)合陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的用戶訪問基本規(guī)律，在檢測時(shí)間方面，按照求不同時(shí)段網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間平均值的方式，分別選擇上午10：00，下午15：00，晚上21：00，凌晨2：00來測試不同時(shí)段的網(wǎng)站訪問情況，最后求出網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間的平均值。在檢測點(diǎn)的選擇上，筆者重點(diǎn)關(guān)注省內(nèi)與省外高用戶群體監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，省內(nèi)選擇西安市監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，省外選擇了北京、上海、廣州、重慶、武漢五個(gè)用戶較為密集的監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。筆者輸入http：//www.sxmooc.cn/，這是陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)址，點(diǎn)擊網(wǎng)站測速后，大約20秒時(shí)間，不同監(jiān)測點(diǎn)的測試結(jié)果就會(huì)以圖形化顯示。

測試結(jié)果，因不同監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)營商不同，無法獲取全部運(yùn)營商的信息，筆者根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)營商的監(jiān)測數(shù)據(jù)，基本涵蓋了電信、移動(dòng)、聯(lián)通和教育網(wǎng)等主流運(yùn)營商。測試結(jié)果如表1所示，西安市的總耗時(shí)較高，其中電信用戶的總耗時(shí)為226.27MS，主要是解析時(shí)間占用時(shí)間較長。北京監(jiān)測點(diǎn)的電信和聯(lián)通監(jiān)測點(diǎn)的總耗時(shí)最短，平均為107MS左右，教育網(wǎng)的總耗時(shí)相對電信和聯(lián)通較長，達(dá)到114.03MS。上海和重慶的總耗時(shí)較長，均在300MS以上，廣州和重慶監(jiān)測點(diǎn)的總耗時(shí)大約在210-248MS之間，這些監(jiān)測點(diǎn)主要是因?yàn)橄螺d時(shí)間較長，連接時(shí)間短。

3.影響MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的因素分析

MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)真正有價(jià)值的信息通常都包含在網(wǎng)頁的HTML文檔和多媒體資源中，[8]但是Steve Souders的性能黃金法則指出：“只有10%～20%的最終用戶響應(yīng)時(shí)間花在了下載HTML文檔和資源上，其余的80%～90%時(shí)間花在了下載頁面中的所有組件上，尤其是內(nèi)嵌視頻的網(wǎng)頁，在用戶瀏覽時(shí)響應(yīng)時(shí)間受到很大影響”。[9] 制約MOOC在線課程平臺(tái)響應(yīng)速度的因素有很多，包括服務(wù)器性能、網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量、網(wǎng)站的帶寬、DNS解析、網(wǎng)頁內(nèi)容構(gòu)成等。從網(wǎng)站的功能來看，具體可分為前端和后臺(tái)兩部分，前端是直接與用戶交互，后臺(tái)主要是用于為前端提供數(shù)據(jù)以及從前端獲取數(shù)據(jù)。

影響MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的前端因素。前端屬于功能的表現(xiàn)，基本構(gòu)成單元是網(wǎng)頁，[10]通常有統(tǒng)一模板的許多網(wǎng)頁組成，各個(gè)網(wǎng)頁在瀏覽器中加載的性能直接決定了網(wǎng)站的前端性能，是所有影響響應(yīng)速度因素中的重要因素之一。MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)頁主要由文字、圖片、視頻和動(dòng)畫等各種組件構(gòu)成，其中HTML是網(wǎng)絡(luò)通用的標(biāo)記語言，對網(wǎng)頁中有哪些組件以及組件的位置進(jìn)行描述，是網(wǎng)頁最有價(jià)值的內(nèi)容，CSS是層疊樣式表，控制網(wǎng)頁組件在瀏覽器中的顯示方式，JS是JavaScript腳本語言的簡稱，使用它可以在瀏覽器端加載網(wǎng)頁時(shí)動(dòng)態(tài)的改變網(wǎng)頁中的HTML以實(shí)現(xiàn)某種特殊行為。網(wǎng)頁在瀏覽器中如何顯示各個(gè)組件是HTML、CSS和JS共同作用的結(jié)果，這三類組件直接影響著網(wǎng)頁的在瀏覽器中的加載速度和響應(yīng)時(shí)間。

因此，對MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)前端性能的優(yōu)化是提高網(wǎng)站響應(yīng)度的關(guān)鍵，MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)前端優(yōu)化的重點(diǎn)就是如何減少這80%～90%的最終用戶響應(yīng)時(shí)間。

影響MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的后臺(tái)因素，后臺(tái)是用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的功能，用戶訪問網(wǎng)站都是需要通過服務(wù)器或者空間，[11]后端軟件處理并行請求的能力、程序運(yùn)行的效率、硬件性能以及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，是影響網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間的后臺(tái)關(guān)鍵因素，所以選擇一個(gè)合適的空間也是決定網(wǎng)站打開時(shí)間的重要因素，它主要包括服務(wù)器配置高低及帶寬大小，服務(wù)器所在機(jī)房網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

三、MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化策略設(shè)計(jì)

對MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化需要立足于網(wǎng)站通信工作模型，對影響網(wǎng)絡(luò)通信過程的因素進(jìn)行分析。

1.MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)通信模型

陜西省MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)采用B/S架構(gòu)模式，其數(shù)據(jù)集中存放于服務(wù)器內(nèi)，客戶端不保存任何業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫連接信息，也無需進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，同時(shí)也避免了因?yàn)榭蛻舳怂l(fā)生的火災(zāi)、盜搶、地震、病毒、黑客行為影響數(shù)據(jù)，對于系統(tǒng)的安全也能更好的控制，用戶只需要瀏覽器即可完成應(yīng)用操作。endprint

在用戶訪問時(shí)，瀏覽器請求和響應(yīng)的過程如圖2所示。瀏覽器和服務(wù)器通過HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）進(jìn)行通信，HTTP是一種客戶端/服務(wù)器協(xié)議，由請求和響應(yīng)構(gòu)成[12]，客戶端與服務(wù)器的通信主要分為九步：第一步瀏覽器預(yù)處理，由客戶端發(fā)起一個(gè)請求，并建立一個(gè)到服務(wù)器的查詢Cache，讀取Cache 或者發(fā)送304請求；第二步查詢DNS，DNS緩存主要包括瀏覽器DNS緩存、計(jì)算機(jī)DNS緩存和服務(wù)器DNS緩存（TTL），當(dāng)客戶端的DNS緩存為空時(shí)，DNS查找的數(shù)量與Web頁面中唯一主機(jī)名的數(shù)量相等；第三步建立連接，在客戶端與服務(wù)器之間建立通信信道；第四步發(fā)送請求，由客戶端發(fā)送資源瀏覽請求；第五步等待響應(yīng)，服務(wù)器端對請求進(jìn)行解析，等待服務(wù)器響應(yīng)；第六步發(fā)送數(shù)據(jù)，由服務(wù)器端搜集響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過信道向客戶端發(fā)送；第七步接收數(shù)據(jù)，客戶端收取服務(wù)器端發(fā)送來的請求數(shù)據(jù)；第八步讀取Cache，識(shí)別和讀取腳本、樣式表、Flash組件、圖片、Expires和Cache-Control；第九步處理和渲染元素。在客戶端得到HTML的相應(yīng)字節(jié)時(shí)，DOM樹就開始構(gòu)建了，由瀏覽器更新UI的線程負(fù)責(zé)。根據(jù)網(wǎng)頁采用的通信協(xié)議向服務(wù)器發(fā)送請求，建立與服務(wù)器的鏈接，獲取網(wǎng)頁的HTML文檔，同時(shí)解析出HTML文檔的組件信息，并按照次序開始向服務(wù)器發(fā)送組件請求，在沒有完全加載所有的CSS組件情況下，將獲取的組件信息保存但不在瀏覽器中顯示，當(dāng)所有的CSS組件加載完成后，開始依次在瀏覽器中顯示組件，直到網(wǎng)頁所有組件加載并且完成顯示，網(wǎng)頁加載響應(yīng)的過程才宣告結(jié)束。

MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化的目的就是要提高網(wǎng)頁在瀏覽器中的呈現(xiàn)速度，縮短響應(yīng)時(shí)間。對網(wǎng)頁在瀏覽器中顯示的流程進(jìn)行分析后得出：在理想狀態(tài)下，網(wǎng)頁響應(yīng)時(shí)間約等于網(wǎng)頁所有組件的加載時(shí)間。

因此，有n個(gè)組件的單個(gè)網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間可表示為：

①response_time = component_load_time1 + component_load_time2 + … + component_load_time

一個(gè)組件的加載時(shí)間由請求時(shí)間、http鏈接管理時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間三部分組成。即：

②component_load_time = component_request_time + http_link_time + component_response_time

在瀏覽器與服務(wù)器的鏈路固定，并且在不考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬及沒有擁塞的理想情況下，瀏覽器到服務(wù)器的請求數(shù)據(jù)傳輸率與服務(wù)器到瀏覽器的響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸率相同且是個(gè)常量，即瀏覽器到服務(wù)器的請求時(shí)間和服務(wù)器到瀏覽器的響應(yīng)時(shí)間完全由所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小決定，數(shù)據(jù)量越大傳輸時(shí)間越長、數(shù)據(jù)量越小傳輸時(shí)間越短，而相同的數(shù)據(jù)量的傳輸時(shí)間是相同的：

③component_request_time = component_request_data / transfer_rate。

④component_response_time = component_response_ data / transfer_rate

由①、②、③、④可得一個(gè)有n個(gè)組件的網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間為：

⑤response_time = n×（（request_data_average + response_data_average）/transfer_rate+ http_link_time）

其中request_data_average為網(wǎng)頁組件平均請求數(shù)據(jù)量，response_data_average為網(wǎng)頁組件平均請求數(shù)據(jù)量。

由公式⑤可知，通過減少網(wǎng)頁的組件數(shù)、減少平均傳輸量、提高傳輸速率和減少鏈接開銷能夠減小網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間response_time。

2.MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化的思路

網(wǎng)站訪問特點(diǎn)所遵循的二八定律：其中80%的業(yè)務(wù)訪問集中在20%的數(shù)據(jù)上，用戶訪問網(wǎng)頁的等待時(shí)間，[13]有80%是發(fā)生在瀏覽器前端，特別是頁面和頁面中各種元素（圖片、CSS、Javascript、 flash）的下載之上。因此在很多情況下，相對于把大量的時(shí)間花在艱苦而繁雜的程序改進(jìn)上，前端的優(yōu)化往往能起到事半功倍的作用，前端優(yōu)化的途徑有很多，按粒度大致可以分為兩類，第一類是頁面級別的優(yōu)化，例如 HTTP請求數(shù)、腳本的無阻塞加載、內(nèi)聯(lián)腳本的位置優(yōu)化等；第二類則是代碼級別的優(yōu)化，例如 JavaScript中的DOM 操作優(yōu)化、CSS選擇符優(yōu)化、圖片優(yōu)化以及 HTML結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。后端主要是提高服務(wù)器的性能和數(shù)據(jù)庫的讀寫速度。

因此，從用戶角度而言，優(yōu)化能夠讓頁面加載得更快、對用戶的操作響應(yīng)、更及時(shí)，能夠給用戶提供更為友好的體驗(yàn)。從服務(wù)提供者角度而言，優(yōu)化能夠減少頁面請求數(shù)、或者減小請求所占帶寬，能夠節(jié)省可觀的資源?？傊?，恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化不僅能夠改善站點(diǎn)的用戶體驗(yàn)并且能夠節(jié)省相當(dāng)?shù)馁Y源利用。

3.MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間前端優(yōu)化策略設(shè)計(jì)

減少組件數(shù)。減少組件數(shù)相當(dāng)于減少組件請求數(shù)，因此減少組件數(shù)可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行：

一是組件合成技術(shù)。通過組件合成技術(shù)將多個(gè)組件合成一個(gè)組件，從而減少HTTP請求數(shù)，組件平均請求數(shù)據(jù)量request_data_average會(huì)相應(yīng)的減少，當(dāng)采用css sprites技術(shù)將多個(gè)小圖片合成一個(gè)大圖片，大圖片小于多個(gè)小圖片的總大小，也就是說response_data_average有可能會(huì)減小。因此通過組件合成技術(shù)將多個(gè)組件合成一個(gè)組件或者直接去掉沒有必要的組件將能提高網(wǎng)站的前端性。

理論依據(jù)如下：

n↓ request_data_average↓endprint

（response_data_average↓）

response_time↓

二是并行請求。HTTP1.1規(guī)范引入了HTTP管道技術(shù)，通過該技術(shù)可以在一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包中同時(shí)發(fā)送多個(gè)HTTP請求，相當(dāng)于減少組件的請求數(shù)n，從而獲得更快的響應(yīng)速度，理論依據(jù)如下：

n↓ response_time↓

但過多的并行數(shù)有可能會(huì)降低性能，在HTTP1.1規(guī)范中建議對每一個(gè)域名可并行的請求數(shù)為2。因此，將網(wǎng)頁中的部分組件存儲(chǔ)在另一個(gè)域名下可以增加組件的并行下載數(shù)，從而獲得更快的網(wǎng)頁響應(yīng)時(shí)間。同時(shí)，網(wǎng)頁中的js組件會(huì)阻塞并行請求，因此應(yīng)將js組件設(shè)置為最后網(wǎng)頁的最后一個(gè)組件確保網(wǎng)頁組件的并行加載。

三是客戶端緩存組件。圖2是網(wǎng)頁第一次在瀏覽器中加載的模型，此時(shí)瀏覽器中沒有網(wǎng)頁組件的任何緩存信息。當(dāng)網(wǎng)頁第二次在具有網(wǎng)頁組件緩存的瀏覽器中加載時(shí)，網(wǎng)頁將有可能使用加載緩存組件。圖3展示了是網(wǎng)頁組件加載的具體流程圖：

當(dāng)瀏覽器直接通過緩存中的組件緩存期限判斷出緩存組件在有效期內(nèi)，瀏覽器不會(huì)發(fā)送任何請求而直接加載緩存中的組件，服務(wù)器也不需要響應(yīng)組件，因此，不僅組件請求數(shù)和平均請求數(shù)據(jù)量減少，而且平均響應(yīng)數(shù)據(jù)量response_data_average會(huì)大大的減少，從而縮短響應(yīng)時(shí)間response_time。

理論依據(jù)如下：

n↓

request_data_average↓

response_data_average↓↓

response_time↓

減少平均傳輸數(shù)據(jù)量?；贐/S模式的網(wǎng)站系統(tǒng)中，減少平均傳輸數(shù)據(jù)量主要是在服務(wù)器端對網(wǎng)頁組件源文件進(jìn)行壓縮優(yōu)化和對要傳輸?shù)慕M件壓縮后再傳輸，從而實(shí)現(xiàn)減少傳輸內(nèi)容以達(dá)到提高網(wǎng)頁響應(yīng)速度的目的。

理論依據(jù)如下：

response_data_average↓

response_time↓

一是對傳輸?shù)牟糠纸M件進(jìn)行壓縮。在服務(wù)器端對要響應(yīng)信息進(jìn)行壓縮后再傳輸，例如在Apache Web服務(wù)器中通過啟用gzip壓縮要傳輸?shù)慕M件，壓縮比在60%左右，能夠很大程度上減少平均傳輸數(shù)據(jù)量，從而縮短響應(yīng)時(shí)間。

二是對組件源進(jìn)行壓縮優(yōu)化。研究表明，網(wǎng)頁中的HTML文檔、CSS、JS、圖片、視頻等各類組件進(jìn)行壓縮優(yōu)化后能獲得較高的壓縮比。針對HTML、CSS和JS這三類文件，通過代碼壓縮工具將空行、空白符和換行符等便于閱讀的字符清除；圖片等多媒體資源通過具體的優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，可以很大程度減少圖片的大小。

三是設(shè)置組件可緩存。由圖2可知，Web服務(wù)器端設(shè)置組件可緩存將會(huì)大大提高網(wǎng)頁在瀏覽器中的加載速度，同時(shí)為各類組件設(shè)置不同緩存有效期限。

提高傳輸速率。在不改變硬件的基礎(chǔ)上相對的提高傳輸速率，采用http協(xié)議比https協(xié)議的鏈路簡單、設(shè)置服務(wù)器使瀏覽器緩存DNS能夠減少DNS查找鏈路，這兩種方式都能縮短網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間。在條件允許的情況下，通過使用CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）使瀏覽器訪問地理位置最近的Web服務(wù)器，能夠更大程度的縮短網(wǎng)頁響應(yīng)時(shí)間。

減少鏈接開銷。根據(jù)HTTP1.1規(guī)范[14]，設(shè)置Web服務(wù)器支持持久連接（Keep-Alive）時(shí)，如果瀏覽器也支持持久連接，那么一個(gè)網(wǎng)頁的所有組件可以共享一個(gè)瀏覽器與Web服務(wù)器之間的鏈接，如圖4所示。此時(shí)，網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間為：

response_keep_alive = n×（ request_data_average + response_data_average ）/transfer_rate + http_link_time。

因此，采用持久連接的網(wǎng)頁響應(yīng)時(shí)間response_keep_alive 小于或等于采用多鏈接的網(wǎng)頁響應(yīng)時(shí)間response_time。

在不增加硬件資源也不對后端代碼進(jìn)行改動(dòng)的前提下，理論上證明通過減少組件數(shù)、減少平均傳輸數(shù)據(jù)量、提高傳輸速率和減少鏈接開銷可以縮短網(wǎng)頁的響應(yīng)時(shí)間，可提高網(wǎng)站的前端性能。其前端優(yōu)化的具體策略總結(jié)為以下11項(xiàng)：

一是利用組件合成技術(shù)將多個(gè)組件合成；二是將JS組件作為頁面的最后一個(gè)組件；三是為頁面組件設(shè)置另一個(gè)域名；四是允許組件被緩存；五是對網(wǎng)頁組件源文件進(jìn)行壓縮；六是將響應(yīng)進(jìn)行壓縮后再傳輸；七是為較固定的組件設(shè)置較長的過期期限；八是對安全性要求低的網(wǎng)頁使用http協(xié)議；九是使用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）；十是設(shè)置服務(wù)器支持持久連接；十一是將CSS組件作為網(wǎng)頁的第一個(gè)組件。

4.MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間后臺(tái)優(yōu)化策略設(shè)計(jì)

信息服務(wù)的效率、速度、可靠性、連續(xù)性對于一個(gè)網(wǎng)站的信息傳播等起著不可估量的作用。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器面對的訪問數(shù)量大大增加并且更加不可預(yù)知。但是對于MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)，服務(wù)器系統(tǒng)必須具備提供大量并發(fā)訪問服務(wù)的能力，其處理能力和I/O能力已經(jīng)成為提供服務(wù)的瓶頸，如果在線學(xué)習(xí)者的增多導(dǎo)致通信量超出了服務(wù)器能承受的范圍，那么其結(jié)果必然是宕機(jī)。

顯然，單臺(tái)服務(wù)器有限的性能不可能解決這個(gè)問題，最根本的解決辦法是將多臺(tái)服務(wù)器通過負(fù)載均衡交換機(jī)進(jìn)行連接，提供相同的服務(wù)，如圖5所示，這樣可以實(shí)現(xiàn)：一是服務(wù)器負(fù)載均衡可以使多個(gè)服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行相同的應(yīng)用，而所有服務(wù)器的負(fù)載情況相同，從而提高服務(wù)的整體性能；二是服務(wù)器負(fù)載均衡可以通過檢查服務(wù)器的健康狀態(tài)，如果有服務(wù)器出現(xiàn)故障，則不向該服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)請求，從而保證服務(wù)的可用性；三是服務(wù)器負(fù)載均衡可以在線的升級、更換和增加服務(wù)器，提高服務(wù)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；四是服務(wù)器負(fù)載均衡可以通過抗DOS攻擊、包過濾等方式提高服務(wù)的安全性。

四、MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化實(shí)踐與結(jié)果分析endprint

1.MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化措施

根據(jù)優(yōu)化策略，陜西省高等教育MOOC平臺(tái)優(yōu)化前由1個(gè)HTML文檔、4個(gè)JS腳本、11個(gè)CSS樣式表、16張背景圖片和42個(gè)小視頻組成，用戶在第一次即無任何陜西省高等教育MOOC平臺(tái)首頁緩存的情況下訪問該頁面時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為694K，HTTP請求數(shù)為32次。

組件合成。將4個(gè)JS腳本合成一個(gè)并放置在頁面的最后、將11個(gè)CSS樣式文件合并成1個(gè)CSS樣式文件并放置在頁面的最頂部、將15個(gè)小背景圖片通過CSS sprites技術(shù)合成為1個(gè)背景圖片，網(wǎng)頁的請求數(shù)減少到5個(gè)且傳輸數(shù)據(jù)量也相應(yīng)的減少。

減少平均數(shù)據(jù)量。在Apache中啟用gzip對html、css、js、xml文件進(jìn)行壓縮后傳輸、利用代碼壓縮工具將HTML、CSS和JS文檔進(jìn)行壓縮，最終傳輸數(shù)據(jù)量由694KB減少到311KB，傳輸數(shù)據(jù)量減少到原有數(shù)據(jù)量的50%以下。

使用緩存。在Apache服務(wù)器中設(shè)置CSS、JS和圖片可緩存且具有較長的有效期，從而使得陜西省高等教育MOOC平臺(tái)大量的固定用戶（不止一次訪問陜西省高等教育MOOC平臺(tái)的用戶）在第二次訪問陜西省高等教育MOOC平臺(tái)首頁時(shí)僅需要向服務(wù)器發(fā)送1次HTTP請求，數(shù)據(jù)傳輸量僅僅為4K。

2.MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化結(jié)果分析

如表2所示，在對陜西省高等教育MOOC平臺(tái)網(wǎng)站性能進(jìn)行優(yōu)化之后，對省內(nèi)外的6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)在同一時(shí)段進(jìn)行了搜集和統(tǒng)計(jì)分析，整理后如表2所示，優(yōu)化后各地監(jiān)測點(diǎn)的總耗時(shí)明顯下降，省外監(jiān)測點(diǎn)中下降最明顯的是廣州和重慶，總耗時(shí)平均下降100MS，西安響應(yīng)時(shí)間依然保持較低的總耗時(shí)，北京地區(qū)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步減少。橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)總耗時(shí)減少的原因是因?yàn)榻馕鰰r(shí)間的減少。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，無緩存的請求數(shù)由32次減少到5次，相應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)量由694KB減少到311KB，優(yōu)化后的訪問并發(fā)數(shù)至少提升6倍且節(jié)省50%的網(wǎng)絡(luò)帶寬；有緩存的請求數(shù)由32次減少到1次，相應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)量由16KB減少到4KB，優(yōu)化后的訪問并發(fā)數(shù)提升32倍且節(jié)省75%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

五、結(jié)論

MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化涉及到網(wǎng)站建設(shè)的方方面面，需要對學(xué)習(xí)平臺(tái)的前端和后臺(tái)綜合優(yōu)化。但是，通過改進(jìn)網(wǎng)站后端的服務(wù)器配置環(huán)境和性能，修改網(wǎng)站程序等性能優(yōu)化方法提高網(wǎng)站性能往往比較繁雜，而網(wǎng)站前端性能優(yōu)化相對其它性能優(yōu)化方式具有明顯的效果，可以減小服務(wù)器來自兩個(gè)方面的壓力：一是高并發(fā)的訪問導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫的訪問壓力很大，大量的數(shù)據(jù)查詢操作消耗了大部分資源；二是網(wǎng)站服務(wù)器的架構(gòu)性能因大量網(wǎng)頁、圖片、JS等文件的頻繁加載而需要更高的帶寬與系統(tǒng)資源。通過對網(wǎng)站前端進(jìn)行優(yōu)化，這兩方面的壓力都將在很大程度上得到改善，但是對于高校在線學(xué)習(xí)平臺(tái)性能的優(yōu)化還需要結(jié)合前端性能和后臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合優(yōu)化，才能從根本上提高在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sarah Stotz； Jung Sun Lee. Development of an Online Smartphone-based E-learning Nutrition Education Program for Low-Income Individuals [J]. Journal of Nutrition Education and Behavior，2016（3）：32-34.

[2]梁林梅，夏穎越. 美國高校在線教育：現(xiàn)狀、阻礙、動(dòng)因與啟示——基于斯隆聯(lián)盟十二年調(diào)查報(bào)告的分析[J]. 開放教育研究，2016（2）： 27-36..

[3]李玉華.我國高等教育供給側(cè)改革研究[J]. 教育探索，2016（5）：71-76.

[4]李寶林.淺析網(wǎng)站性能優(yōu)化技術(shù)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014（2）：5-9.

[5]Allen，E.，& Seaman J.（ 2014） .Grade Level： Tracking Online Education in the United States[EB/OL]. [2015-12-20]. http：//onlinelearningconsortium. org /read /survey –reports-2014 /.

[6]劉磊，倪宏，嵇智輝，等.基于HTTP請求的ORM性能優(yōu)化研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程，2009，35（8）：38-39.

[7]周鵬，周海鷹，左德承，等. 基于Spirent的Web應(yīng)用性能評測[J]. 計(jì)算機(jī)工程，2012，38（24）：57-61.

[8]Mc Garr O.，& Clifford， A. M. （ 2013） . Just enough to make you take it seriously Exploring students attitudes towards peer assessment[J].Higher education，65（6）：677-693.

[9]B Ye，X Qu. The Analysis on the Supply and Demand of China Rural Financial Market from the Perspective of Say's Law： A Case Study on the Gansu Province [J].Economics & Management Strategies Journal， 2014， （2）：30-35.

[10]師雪霖，徐恪. 云虛擬機(jī)資源分配的效用最大化模型[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013（2）：252-262.

[11]Beaven， T.，Hauck，M.，Comas-Quinn，A. ，Lewis， T.&de los Arcos，B.MOOCs： Striking the right balance between facilitation and self -determination[J].MERLOT Journal of Online Learning and Teaching， 2014，10（1）：31- 43.

[12]Barbara Moissa， Lucas Sim es de Carvalho， Isabela Gasparini.A Web Analytics and Visualization Tool to Understand Students Behavior in an Adaptive E-Learning System[J]. Lecture Notes in Computer Science，2016（23）：312-321.

[13]Cimini G，Medo M，Zhou T，et al. Heterogeneity，quality，and reputation in an adaptive recommendation model[J]. European Physical Journal B，2011，80（2）：201-208.

[14] 溫彥. 用戶主導(dǎo)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)即時(shí)聚合方法研究[D].北京：中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，2012.

（編輯：郭桂真）endprint