分布式架構(gòu)演進(jìn)總結(jié)

一、前言

　　隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，以前的大型機(jī)架構(gòu)很顯然由于高成本、難維護(hù)等原因漸漸地變得不再那么主流了，替代它的就是當(dāng)下最火的分布式架構(gòu)，從大型機(jī)到分布式，經(jīng)歷了好幾個階段，我們弄明白各個階段的架構(gòu)，才能更好地理解和體會分布式架構(gòu)的好處，那么本文我們就來聊聊分布式架構(gòu)的演進(jìn)過程，希望能給大家?guī)硌矍耙涣恋母杏X。

二、背景說明

　　我們都知道一個成熟的大型網(wǎng)站的系統(tǒng)架構(gòu)并非一開始就設(shè)計的非常完美，也沒有一開始就具備高性能、高并發(fā)、高可用、安全性等特性，而是隨著用戶量的增加、業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)展逐步演變過來的，慢慢的完善的。在這個過程中，開發(fā)模式、技術(shù)架構(gòu)等都會隨著迭代發(fā)生非常大的變化。而針對不同業(yè)務(wù)特征的系統(tǒng)，各自都會有自己的側(cè)重點(diǎn)，例如像淘寶這類的網(wǎng)站，要解決的重點(diǎn)問題就是海量商品搜索、下單、支付等問題; 像騰訊這類的網(wǎng)站，要解決的是數(shù)億級別用戶的實(shí)時消息傳輸;而像百度這類的公司所要解決的又是海量數(shù)據(jù)的搜索。每一個種類的業(yè)務(wù)都有自己不同的系統(tǒng)架構(gòu)。

　　下面我們來簡單模擬一個架構(gòu)演變過程。我們以 javaweb 為例，來搭建一個簡單的電商系統(tǒng)，從這個系統(tǒng)中來看系統(tǒng)的演變過程。要注意的是接下來的演示模型， 關(guān)注的是數(shù)據(jù)量、訪問量提升，網(wǎng)站結(jié)構(gòu)的變化， 而不關(guān)注具體業(yè)務(wù)的功能點(diǎn)。其次，這個過程是為了讓大家能更好的了解網(wǎng)站演進(jìn)過程中的一些問題和應(yīng)對策略。

假如我們系統(tǒng)具備以下功能:

• 用戶模塊:用戶注冊和管理。
• 商品模塊:商品展示和管理。
• 交易模塊:創(chuàng)建交易及支付結(jié)算。

三、階段一：單應(yīng)用架構(gòu)

　　這個階段是網(wǎng)站的初期，也可以認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的早期，系統(tǒng)架構(gòu)如上圖所示。我們經(jīng)常會在單臺服務(wù)器上運(yùn)行我們所有的程序和軟件。把所有軟件和應(yīng)用都部署在一臺機(jī)器上，這樣就完成一個簡單系統(tǒng)的搭建，這個階段的講究的是效率。效率決定生死。

四、階段二：應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分離

　　隨著網(wǎng)站的上線，訪問量逐步上升，服務(wù)器的負(fù)載慢慢提高，我們應(yīng)該在服務(wù)器還沒有超載的時候就做好規(guī)劃、提升網(wǎng)站的負(fù)載能力。假若此時已經(jīng)沒辦法在代碼層面繼續(xù)優(yōu)化提高，那么在單臺機(jī)器的性能遇到瓶頸的時候，增加機(jī)器是一個比較簡單好用的方式，投入產(chǎn)出比相當(dāng)高。這個階段增加機(jī)器的主要目的是將 web 服務(wù)器和 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器拆分開來，這樣做的話不僅提高了單機(jī)的負(fù)載能力，也提高了整個系統(tǒng)的容災(zāi)能力。

　　這個階段的系統(tǒng)架構(gòu)如上圖所示，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器完全隔離開來，相互互不影響，大大減少了網(wǎng)站宕機(jī)的風(fēng)險，此階段我們已經(jīng)開始關(guān)注到應(yīng)用服務(wù)器的管理了。

五、階段三：應(yīng)用服務(wù)器集群

　　這個階段，隨著訪問量的繼續(xù)不斷增加，單臺應(yīng)用服務(wù)器已經(jīng)無法滿足我們的需求。假設(shè)我的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器還沒有遇到性能問題，那我們可以通過增加應(yīng)用服務(wù)器的方式來將應(yīng)用服務(wù)器集群化，這樣就可以將用戶請求分流到各個服務(wù)器中，從而達(dá)到繼續(xù)提升系統(tǒng)負(fù)載能力的目的。此時各個應(yīng)用服務(wù)器之間沒有直接的交互，他們都是依賴數(shù)據(jù)庫各自對外提供服務(wù)。

系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展到這個階段，各種問題也會接踵而至：

• 用戶請求交由誰來轉(zhuǎn)發(fā)到具體的應(yīng)用服務(wù)器上(誰來負(fù)責(zé)負(fù)載均衡)
• 用戶如果每次訪問到的服務(wù)器不一樣，那么如何維護(hù)
  session，達(dá)到session共享的目的。

那么此時，系統(tǒng)架構(gòu)又會變成如下方式：

　　負(fù)載均衡又可以分為軟負(fù)載和硬負(fù)載。軟負(fù)載我們可以選擇Nginx、Apache等，硬負(fù)載我們可以選擇F5等。而session共享問題我們可以通過配置tomcat的session共享解決。

六、階段四：數(shù)據(jù)庫壓力變大，數(shù)據(jù)庫讀寫分離

　　架構(gòu)演變到上面的階段，并不是終點(diǎn)。通過上面的設(shè)計，應(yīng)用層的性能被我們拉上來了， 但數(shù)據(jù)庫的負(fù)載也在逐漸增大，那如何去提高數(shù)據(jù)庫層面的性能呢？有了前面的設(shè)計思路以后，我們自然也會想到通過增加服務(wù)器來提高性能。但假如我們單純的把數(shù)據(jù)庫一分為二，然后對于數(shù)據(jù)庫的請求，分別負(fù)載到兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，那必定會造成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問題。所以我們一般先考慮將數(shù)據(jù)庫讀寫分離。

這個架構(gòu)設(shè)計的變化會帶來如下幾個問題：

• 主從數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)需要同步(可以使用 mysql 自帶的 master-slave 方式實(shí)現(xiàn)主從復(fù)制 )
• 應(yīng)用中需要根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)源的選擇( 采用第三方數(shù)據(jù)庫中間件，例如 mycat )

七、階段五：使用搜索引擎緩解讀庫的壓力

　　我們都知道數(shù)據(jù)庫常常對模糊查找效率不是很高，像電商類的網(wǎng)站，搜索是非常核心的功能，即使是做了讀寫分離，這個問題也不能得到有效解決。那么這個時候我們就需要引入搜索引擎了，使用搜索引擎能夠大大提升我們系統(tǒng)的查詢速度，但同時也會帶來一 些附加的問題，比如維護(hù)索引的構(gòu)建、數(shù)據(jù)同步到搜索引擎等。

八、階段六：引入緩存機(jī)制緩解數(shù)據(jù)庫的壓力

　　然后，隨著訪問量的持續(xù)不斷增加，逐漸會出現(xiàn)許多用戶訪問同一內(nèi)容的情況，那么對于這些熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，沒必要每次都從數(shù)據(jù)庫重讀取，這時我們可以使用到緩存技術(shù)，比如 redis、memcache 來作為我們應(yīng)用層的緩存。另外在某些場景下，如我們對用戶的某些 IP 的訪問頻率做限制， 那這個放內(nèi)存中就又不合適，放數(shù)據(jù)庫又太麻煩了，那這個時候可以使用 Nosql 的方式比如 mongDB 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

九、階段七：數(shù)據(jù)庫的水平/垂直拆分

　　我們的網(wǎng)站演進(jìn)的變化過程，交易、商品、用戶的數(shù)據(jù)都還在同一 個數(shù)據(jù)庫中，盡管采取了增加緩存，讀寫分離的方式，但是隨著數(shù) 據(jù)庫的壓力持續(xù)增加，數(shù)據(jù)庫的瓶頸仍然是個最大的問題。因此我 們可以考慮對數(shù)據(jù)的垂直拆分和水平拆分。

垂直拆分:把數(shù)據(jù)庫中不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)拆分到不同的數(shù)據(jù)庫。

水平拆分:把同一個表中的數(shù)據(jù)拆分到兩個甚至更多的數(shù)據(jù)庫中，水平拆分的原因是某些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到了單個數(shù)據(jù)庫的瓶頸，這時可以采取將表拆分到多個數(shù)據(jù)庫中。

十、階段八：應(yīng)用的拆分

　　隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)量越來越大，應(yīng)用的壓力越來越大。工程規(guī)模也越來越龐大。這個時候就可以考慮將應(yīng)用拆分，按照領(lǐng)域模型將我們的用戶、商品、交易拆分成多個子系統(tǒng)。

    這樣拆分以后，可能會有一些相同的代碼，比如用戶操作，在商品和交易都需要查詢，所以會導(dǎo)致每個系統(tǒng)都會有用戶查詢訪問相關(guān)操作。這些相同的操作一定是要抽象出來，否則就是一個坑。所以通過走服務(wù)化路線的方式來解決。

    那么服務(wù)拆分以后，各個服務(wù)之間如何進(jìn)行遠(yuǎn)程通信呢? 通過 RPC 技術(shù)，比較典型的有:dubbo、webservice、hessian、http、RMI 等等。前期通過這些技術(shù)能夠很好的解決各個服務(wù)之間通信問題，但是， 互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是持續(xù)的，所以架構(gòu)的演變和優(yōu)化也還在持續(xù)。

原文來自：https://www.cnblogs.com/logsharing/p/13037372.html
作者：在途中#