2025年大学《信息与计算科学》专业题库- Web应用性能优化与监控

2025年大学《信息与计算科学》专业题库——Web应用性能优化与监控考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内。）1.以下哪个指标通常指的是用户从发出请求到收到响应的第一个字节被接收所花费的时间？()A.FID(FirstInputDelay)B.LCP(LargestContentfulPaint)C.TTFB(TimetoFirstByte)D.CLS(CumulativeLayoutShift)2.在Web性能优化中，使用CDN的主要目的是？()A.减少服务器CPU负载B.提高用户访问数据库的效率C.加速静态资源的传输速度D.增强应用的安全性3.以下哪种HTTP缓存机制允许浏览器根据本地缓存副本和服务器提供的元信息（如Cache-Control）来决定是否重新请求资源？()A.强缓存B.协商缓存C.代理缓存D.以上都是4.代码分割（CodeSplitting）主要用于优化？()A.后端数据库查询速度B.前端页面加载时间C.前端页面渲染性能D.后端服务器的内存占用5.懒加载（LazyLoading）技术主要针对哪种资源进行优化加载？()A.应用程序代码库B.首屏渲染所需的资源C.网页底部或用户滚动时才需要加载的资源D.浏览器缓存中的资源6.在进行Web应用性能测试时，负载测试和压力测试的主要区别在于？()A.负载测试模拟真实用户访问，压力测试旨在测试系统极限B.负载测试测试系统极限，压力测试模拟真实用户访问C.两者测试目标和指标完全相同D.负载测试使用自动化脚本，压力测试依赖人工操作7.以下哪个工具主要用于前端性能的实时分析、调试和记录？()A.WiresharkB.ChromeDevToolsPerformanceTabC.top命令D.NginxStatusModule8.分布式缓存（如Redis）在Web性能优化中的主要作用是？()A.替代数据库进行所有数据存储B.缓存动态生成的内容，减少后端计算压力C.直接管理服务器的内存资源D.处理用户认证信息9.当Web页面发生意外的元素位置变化，导致用户交互错误时，这最可能是由哪个指标恶化引起的？()A.FIDB.LCPC.CLSD.TTFB10.APM（ApplicationPerformanceManagement）工具主要用于监控和管理？()A.基础设施硬件状态B.Web应用的性能和可用性C.网络传输数据流量D.数据库的存储空间二、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.请简述HTTP/2协议相比HTTP/1.1在提升Web性能方面的主要优势。2.请列举三种常见的Web前端性能优化技术，并简要说明其原理。3.在进行Web性能监控时，通常需要关注哪些关键的后端性能指标？4.请简述性能问题排查的基本步骤。三、综合应用题（每小题10分，共30分。请结合所学知识，分析和回答下列问题。）1.假设一个电商网站发现用户在首页加购商品时响应缓慢，用户体验较差。请分析可能存在的性能瓶颈有哪些方面？并提出相应的优化建议。2.某Web应用部署在云服务器上，监控数据显示数据库查询耗时占总响应时间的比例很高。请分析可能的原因，并提出几种可能的数据库性能优化方案。3.简述如何为一个中等规模的Web应用设计一个基本的性能监控方案，需要包含哪些监控内容和选用的工具类型。四、编程/脚本题（15分。）假设你需要编写一个简单的Shell脚本，用于模拟监控Web服务器的响应时间。脚本功能要求：每隔5秒向指定Web服务的根路径发送一个HTTPGET请求，记录响应时间，并将连续5次的平均响应时间输出到标准输出。请写出该脚本的基本框架和核心逻辑。试卷答案一、选择题1.C解析思路：TTFB(TimetoFirstByte)指的是从客户端发送请求到服务器响应第一个字节所需要的时间，这与题目描述的“第一个字节被接收所花费的时间”一致。FID是首次输入延迟，LCP是最大内容绘制时间，CLS是累积布局偏移。2.C解析思路：CDN（内容分发网络）通过将内容缓存到全球各地的节点服务器，使用户能够从最近的节点获取资源，从而减少延迟，提高加载速度。选项A、B、D描述不准确。3.B解析思路：协商缓存（也叫条件缓存）是指浏览器在发送请求前，会先带上之前存储的缓存验证信息（如If-None-Match,If-Modified-Since），由服务器判断是否可以使用缓存副本，而不是无条件地使用本地缓存或向服务器请求。强缓存直接使用本地缓存，代理缓存由代理服务器处理。4.B解析思路：代码分割是Webpack等模块打包工具的功能，旨在将应用程序代码切割成多个小块，按需加载，从而减少初始加载所需的代码量，加快首屏加载速度。5.C解析思路：懒加载的核心思想是“按需加载”，即延迟加载页面中非关键资源，通常是那些不在首屏显示，或者用户滚动到视口（viewport）内才需要加载的图片、视频或其他组件。6.A解析思路：负载测试是在正常或预期的负载下，测试系统的性能和稳定性，目的是评估系统在常规使用下的表现。压力测试是在超出正常负载的情况下，测试系统的极限承载能力、性能拐点和崩溃点。两者测试目标和场景不同。7.B解析思路：ChromeDevTools的Performance标签是浏览器内置的开发者工具，专门用于记录和分析浏览器内部的运行情况，包括渲染、脚本执行、网络活动等，是前端性能分析的核心工具。Wireshark是网络抓包工具，top是Linux系统监控命令，NginxStatusModule是Nginx服务器的状态模块。8.B解析思路：分布式缓存Redis等，通常用于缓存动态生成的内容（如用户信息、配置数据、计算结果），或者高频访问的数据，以减轻数据库的压力，提高响应速度。它不能完全替代数据库，不直接管理服务器内存，其作用是缓存。9.C解析思路：CLS(CumulativeLayoutShift)指的是页面元素发生意外的布局偏移导致的视觉干扰程度。当页面布局不稳定，元素位置突然变化，容易导致用户点击错误的元素，产生糟糕的体验。10.B解析思路：APM（ApplicationPerformanceManagement）即应用性能管理，是一套用于监控、分析和管理应用程序性能及其相关组件（代码、数据库、中间件、网络）的技术和流程。它关注的是应用程序本身的运行状况。二、简答题1.HTTP/2相比HTTP/1.1的主要性能优势包括：*多路复用（Multiplexing）：允许在单个连接上并行发送多个请求和响应，解决了HTTP/1.1的队头阻塞问题。*头部压缩（HeaderCompression）：使用HPACK算法对请求和响应头进行压缩，减少了传输开销。*服务端推送（ServerPush）：服务器可以主动将客户端可能需要的资源推送到客户端缓存，减少请求次数。2.常见的Web前端性能优化技术及其原理：*减少HTTP请求：合并文件（CSS、JS）、使用雪碧图（CSSSprites）、内联小资源。*利用浏览器缓存：设置合理的Cache-Control头，利用ETag进行协商缓存。*优化资源加载顺序：将关键CSS内联，非关键CSS和JS放在底部或使用异步/延迟加载。3.进行Web性能监控时，通常需要关注的后端性能指标：*服务器响应时间（ResponseTime）*并发处理能力（ConcurrentConnections）*CPU使用率（CPUUtilization）*内存使用情况（MemoryUsage）*磁盘I/O（DiskI/O）*应用程序错误率（ErrorRate）*数据库连接池状态（ConnectionPoolStatus）4.性能问题排查的基本步骤：*确认问题：收集用户反馈、监控数据，定位性能问题的具体表现和发生频率。*分析瓶颈：使用监控工具、日志分析、性能测试等手段，判断性能瓶颈发生在哪个环节（前端、后端、网络、数据库等）。*分段排查：根据瓶颈位置，逐步缩小排查范围，例如先检查网络延迟，再检查服务器响应时间。*验证修复：实施优化措施后，通过测试或监控确认性能是否得到改善。*归档总结：记录问题原因、排查过程和解决方案，用于知识积累和预防。三、综合应用题1.电商网站首页加购响应缓慢的可能瓶颈及优化建议：*瓶颈：*前端：首页资源（JS、CSS、图片）过大或未优化，导致加载慢；加购操作触发过多JS执行或请求。*后端：加购接口逻辑复杂，计算量大；数据库查询加购信息（库存、价格、用户信息）慢；缓存未有效利用。*网络或服务器：服务器CPU/内存资源不足；网络连接不稳定或带宽有限。*优化建议：*前端：优化首页静态资源大小和加载（如使用CDN、压缩、懒加载）；精简加购相关JS代码；使用更快的图片格式。*后端：优化加购接口代码，减少不必要的计算；为加购核心数据建立高效索引；使用缓存（如Redis）存储热门商品信息、用户会话信息；增加服务器资源或使用负载均衡。*网络与服务器：检查服务器性能指标，必要时进行扩容或升级；使用更高速的网络连接；进行压力测试，识别并解决网络瓶颈。2.Web应用数据库查询耗时高的可能原因及优化方案：*可能原因：*查询语句效率低下：使用了复杂的JOIN、子查询，或WHERE条件未使用索引。*索引缺失或不当：关键字段没有索引，或索引选择不合理。*数据库表结构设计不合理：范式过高导致查询JOIN过多，或反范式设计导致数据冗余和维护困难。*数据量过大：表记录数过多，查询成本自然增加。*服务器硬件或配置：数据库服务器CPU、内存、I/O性能瓶颈。*优化方案：*优化SQL语句：分析执行计划（EXPLAIN），重写低效查询，避免全表扫描。*添加或优化索引：为查询中频繁使用的WHERE、JOIN、ORDERBY字段创建索引；考虑复合索引、覆盖索引。*调整数据库表结构：根据查询模式，适当调整范式级别，或引入冗余字段减少JOIN。*数据分区（Sharding）或分表：将大表水平切分到多个小表中。*使用缓存：将不经常变化的热点数据缓存起来，减少对数据库的直接访问。*升级数据库服务器硬件或优化数据库配置参数。*定期清理数据库无用数据。3.中等规模Web应用的基本性能监控方案设计：*监控内容与工具类型：*前端性能监控：*监控指标：LCP,FID,CLS,TTFB,首屏加载时间等。*工具类型：浏览器性能API（如PerformanceAPI,NavigationTimingAPI）、前端性能监控平台（如SentryPerformance,LogRocket,自建基于W3C标准的监控系统）。*后端应用性能监控（APM）：*监控指标：API响应时间、错误率、吞吐量、JVM/CPU/内存/磁盘/网络使用率、慢查询等。*工具类型：APM系统（如SkyWalking,Pinpoint,Dynatrace,NewRelic）。*基础设施/服务器监控：*监控指标：服务器CPU、内存、磁盘I/O、网络流量、网络延迟、进程状态等。*工具类型：系统监控工具（如Zabbix,Prometheus+Grafana,Nagios,Datadog）。*数据库监控：*监控指标：连接数、慢查询日志、锁等待、IO统计等。*工具类型：数据库自带的监控页面、第三方监控工具（如Prometheus+MySqlExporter,ZabbixAgent）。*日志监控与分析：