一、分層，分割，分布式

大型網(wǎng)站要很好地支撐高并發(fā)，需要長(zhǎng)期的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在初期，需要把系統(tǒng)進(jìn)行分層，在發(fā)展過(guò)程中把核心業(yè)務(wù)進(jìn)行拆分成模塊單元，根據(jù)需求進(jìn)行分布式部署，可以進(jìn)行獨(dú)立團(tuán)隊(duì)維護(hù)開(kāi)發(fā)。

分層：

• 將系統(tǒng)在橫向維度上切分成幾個(gè)部分，每個(gè)部門負(fù)責(zé)一部分相對(duì)簡(jiǎn)單并比較單一的職責(zé)，然后通過(guò)上層對(duì)下層的依賴和調(diào)度組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

• 比如把電商系統(tǒng)分成：應(yīng)用層，服務(wù)層，數(shù)據(jù)層。(具體分多少個(gè)層次根據(jù)自己的業(yè)務(wù)場(chǎng)景)

• 應(yīng)用層：網(wǎng)站首頁(yè)，用戶中心，商品中心，購(gòu)物車，紅包業(yè)務(wù)，活動(dòng)中心等，負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)和視圖展示。

• 服務(wù)層：訂單服務(wù)、用戶管理服務(wù)、紅包服務(wù)、商品服務(wù)等，為應(yīng)用層提供服務(wù)支持。

• 數(shù)據(jù)層：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)等，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢服務(wù)。

• 分層架構(gòu)是邏輯上的，在物理部署上可以部署在同一臺(tái)物理機(jī)器上，但是隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展，必然需要對(duì)已經(jīng)分層的模塊分離部署，分別部署在不同的服務(wù)器上，使網(wǎng)站可以支撐更多用戶訪問(wèn)。

分割：

• 在縱向方面對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行切分，將一塊相對(duì)復(fù)雜的業(yè)務(wù)分割成不同的模塊單元。

• 包裝成高內(nèi)聚低耦合的模塊不僅有助于軟件的開(kāi)發(fā)維護(hù)，也便于不同模塊的分布式部署，提高網(wǎng)站的并發(fā)處理能力和功能擴(kuò)展。

• 比如用戶中心可以分割成：賬戶信息模塊、訂單模塊、充值模塊、提現(xiàn)模塊、優(yōu)惠券模塊等。

分布式：

• 分布式應(yīng)用和服務(wù)，將分層或者分割后的業(yè)務(wù)分布式部署，獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存服務(wù)器。

• 當(dāng)業(yè)務(wù)達(dá)到一定用戶量時(shí)，再進(jìn)行服務(wù)器均衡負(fù)載、數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存主從集群。

• 分布式靜態(tài)資源，比如：靜態(tài)資源上傳CDN。

• 分布式計(jì)算，比如：使用Hadoop進(jìn)行大數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算。

• 分布式數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)，比如：各分布節(jié)點(diǎn)根據(jù)哈希算法或其他算法分散存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

（網(wǎng)站分層-來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

二、集群

對(duì)于用戶訪問(wèn)集中的業(yè)務(wù)獨(dú)立部署服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，核心業(yè)務(wù)基本上需要搭建集群，即多臺(tái)服務(wù)器部署相同的應(yīng)用構(gòu)成一個(gè)集群，通過(guò)負(fù)載均衡設(shè)備共同對(duì)外提供服務(wù)， 服務(wù)器集群能夠?yàn)橄嗤姆?wù)提供更多的并發(fā)支持，因此當(dāng)有更多的用戶訪問(wèn)時(shí)，只需要向集群中加入新的機(jī)器即可，另外可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)其中的某臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)負(fù)載均衡的失效轉(zhuǎn)移機(jī)制將請(qǐng)求轉(zhuǎn)移至集群中其他的服務(wù)器上，因而提高系統(tǒng)的可用性。

應(yīng)用服務(wù)器集群：

• Nginx 反向代理

• SLB

• … …

(關(guān)系/NoSQL)數(shù)據(jù)庫(kù)集群：

• 主從分離，從庫(kù)集群

（通過(guò)反向代理均衡負(fù)載-來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

三、異步

在高并發(fā)業(yè)務(wù)中如果涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)操作，主要壓力都是在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上面，雖然使用主從分離，但是數(shù)據(jù)庫(kù)操作都是在主庫(kù)上操作，單臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接池允許的最大連接數(shù)量是有限的?。

當(dāng)連接數(shù)量達(dá)到最大值時(shí)，其它需要連接數(shù)據(jù)操作的請(qǐng)求就需要等待有空閑的連接，這樣高并發(fā)的時(shí)候很多請(qǐng)求就會(huì)出現(xiàn)connection time out的情況?。

那么，像這種高并發(fā)業(yè)務(wù)我們要如何設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案可以降低數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的壓力呢？

如：

• 自動(dòng)彈窗簽到，雙11跨0點(diǎn)的時(shí)候并發(fā)請(qǐng)求簽到接口；

• 雙11搶紅包活動(dòng)；

• 雙11訂單入庫(kù)；

• ……

設(shè)計(jì)考慮：

• 逆向思維，壓力在數(shù)據(jù)庫(kù)，那業(yè)務(wù)接口就不進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作不就沒(méi)壓力了？

• 數(shù)據(jù)持久化是否允許延遲？

• 如何讓業(yè)務(wù)接口不直接操作DB，又可以讓數(shù)據(jù)持久化？

方案設(shè)計(jì)：

• 像這種涉及數(shù)據(jù)庫(kù)操作的高并發(fā)的業(yè)務(wù)，就要考慮使用異步了。

• 客戶端發(fā)起接口請(qǐng)求，服務(wù)端快速響應(yīng)，客戶端展示結(jié)果給用戶，數(shù)據(jù)庫(kù)操作通過(guò)異步同步。

• 如何實(shí)現(xiàn)異步同步？

• 使用消息隊(duì)列，將入庫(kù)的內(nèi)容enqueue到消息隊(duì)列中，業(yè)務(wù)接口快速響應(yīng)給用戶結(jié)果(可以溫馨提示高峰期延遲到賬)。

• 然后再寫(xiě)個(gè)獨(dú)立程序從消息隊(duì)列dequeue數(shù)據(jù)出來(lái)進(jìn)行入庫(kù)操作，入庫(kù)成功后刷新用戶相關(guān)緩存，如果入庫(kù)失敗記錄日志，方便反饋查詢和重新持久化。

• 這樣一來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)操作就只有一個(gè)程序(多線程)來(lái)完成，不會(huì)給數(shù)據(jù)帶來(lái)壓力。

補(bǔ)充：

• 消息隊(duì)列除了可以用在高并發(fā)業(yè)務(wù)，其它只要有相同需求的業(yè)務(wù)也是可以使用，如：短信發(fā)送中間件等。

• 高并發(fā)下異步持久化數(shù)據(jù)可能會(huì)影響用戶的體驗(yàn)，可以通過(guò)可配置的方式，或者自動(dòng)化監(jiān)控資源消耗來(lái)切換時(shí)時(shí)或者使用異步，這樣在正常流量的情況下可以使用時(shí)操作數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提高用戶體驗(yàn)。

• 異步同時(shí)也可以指編程上的異步函數(shù)、異步線程，有的時(shí)候可以使用異步操作，把不需要等待結(jié)果的操作放到異步中，然后繼續(xù)后面的操作，節(jié)省了等待的這部分操作的時(shí)間。

四、緩存

高并發(fā)業(yè)務(wù)接口多數(shù)都是進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢，如：商品列表、商品信息

用戶信息、紅包信息等，這些數(shù)據(jù)都是不會(huì)經(jīng)常變化，并且持久化在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

高并發(fā)的情況下直接連接從庫(kù)做查詢操作，多臺(tái)從庫(kù)服務(wù)器也抗不住這么大量的連接請(qǐng)求數(shù)（前面說(shuō)過(guò)，單臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器允許的最大連接數(shù)量是有限的），那么在這種高并發(fā)的業(yè)務(wù)接口要如何設(shè)計(jì)呢？

設(shè)計(jì)考慮：

• 還是逆向思維，壓力在數(shù)據(jù)庫(kù)，那么我們就不進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢？

• 數(shù)據(jù)不經(jīng)常變化，我們?yōu)樯兑恢辈樵僁B？

• 數(shù)據(jù)不變化客戶端為啥要向服務(wù)器請(qǐng)求返回一樣的數(shù)據(jù)？

方案設(shè)計(jì)：

• 數(shù)據(jù)不經(jīng)常變化，我們可以把數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，緩存的方式有很多種，一般的：應(yīng)用服務(wù)器直接Cache內(nèi)存，主流的：存儲(chǔ)在memcache、Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。

• Cache是直接存儲(chǔ)在應(yīng)用服務(wù)器中，讀取速度快，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器允許連接數(shù)可以支撐到很大，而且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存，讀取速度快，再加上主從集群，可以支撐很大的并發(fā)查詢。

• 根據(jù)業(yè)務(wù)情景，使用配合客戶端本地存，如果我們數(shù)據(jù)內(nèi)容不經(jīng)常變化，為啥要一直請(qǐng)求服務(wù)器獲取相同數(shù)據(jù)，可以通過(guò)匹配數(shù)據(jù)版本號(hào)，如果版本號(hào)不一樣接口重新查詢緩存返回?cái)?shù)據(jù)和版本號(hào)，如果一樣則不查詢數(shù)據(jù)直接響應(yīng)。

• 這樣不僅可以提高接口響應(yīng)速度，也可以節(jié)約服務(wù)器帶寬，雖然有些服務(wù)器帶寬是按流量計(jì)費(fèi)，但是也不是絕對(duì)無(wú)限的，在高并發(fā)的時(shí)候服務(wù)器帶寬也可能導(dǎo)致請(qǐng)求響應(yīng)慢的問(wèn)題。

補(bǔ)充：

• 緩存同時(shí)也指靜態(tài)資源客戶端緩存；

• CDN緩存，靜態(tài)資源通過(guò)上傳CDN，CDN節(jié)點(diǎn)緩存我們的靜態(tài)資源，減少服務(wù)器壓力；

• Redis的使用技巧參考我的博文：

  [大話Redis基礎(chǔ)]-?https://blog.thankbabe.com/2016/04/01/redis/

  [大話Redis進(jìn)階]-?https://blog.thankbabe.com/2016/08/05/redis-up/

五、面向服務(wù)

• SOA面向服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

• 微服務(wù)更細(xì)粒度服務(wù)化，一系列的獨(dú)立的服務(wù)共同組成系統(tǒng)

使用服務(wù)化思維，將核心業(yè)務(wù)或者通用的業(yè)務(wù)功能抽離成服務(wù)獨(dú)立部署，對(duì)外提供接口的方式提供功能。

最理想化的設(shè)計(jì)是可以把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)抽離成多個(gè)服務(wù)，共同組成系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，優(yōu)點(diǎn)：松耦合、高可用性、高伸縮性、易維護(hù)。

通過(guò)面向服務(wù)化設(shè)計(jì)，獨(dú)立服務(wù)器部署，均衡負(fù)載，數(shù)據(jù)庫(kù)集群，可以讓服務(wù)支撐更高的并發(fā)。

服務(wù)例子：?用戶行為跟蹤記錄統(tǒng)計(jì)

說(shuō)明：

通過(guò)上報(bào)應(yīng)用模塊，操作事件，事件對(duì)象，等數(shù)據(jù)，記錄用戶的操作行為。

比如：記錄用戶在某個(gè)商品模塊，點(diǎn)擊了某一件商品，或者瀏覽了某一件商品

背景：

由于服務(wù)需要記錄用戶的各種操作行為，并且可以重復(fù)上報(bào)，準(zhǔn)備接入服務(wù)的業(yè)務(wù)又是核心業(yè)務(wù)的用戶行為跟蹤，所以請(qǐng)求量很大，高峰期會(huì)產(chǎn)生大量并發(fā)請(qǐng)求。

架構(gòu)：

• nodejs WEB應(yīng)用服務(wù)器均衡負(fù)載

• Redis主從集群

• MySQL主

• nodejs+express+ejs+Redis+MySQL

• 服務(wù)端采用nodejs，nodejs是單進(jìn)程（PM2根據(jù)cpu核數(shù)開(kāi)啟多個(gè)工作進(jìn)程），采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，適合I/O密集型業(yè)務(wù)，處理高并發(fā)能力強(qiáng)

業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)：

• 并發(fā)量大，所以不能直接入庫(kù)，采用：異步同步數(shù)據(jù)，消息隊(duì)列。

• 請(qǐng)求接口上報(bào)數(shù)據(jù)，接口將上報(bào)數(shù)據(jù)push到redis的list隊(duì)列中。

• nodejs寫(xiě)入庫(kù)腳本，循環(huán)pop redis list數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入庫(kù)，并進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)Update，無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)sleep幾秒。

• 因?yàn)閿?shù)據(jù)量會(huì)比較大，上報(bào)的數(shù)據(jù)表按天命名存儲(chǔ)。

接口：

• 上報(bào)數(shù)據(jù)接口

• 統(tǒng)計(jì)查詢接口

上線跟進(jìn)：

• 服務(wù)業(yè)務(wù)基本正常

• 每天的上報(bào)表有上千萬(wàn)的數(shù)據(jù)

六、冗余，自動(dòng)化

當(dāng)高并發(fā)業(yè)務(wù)所在的服務(wù)器出現(xiàn)宕機(jī)時(shí)，需要有備用服務(wù)器進(jìn)行快速的替代，在應(yīng)用服務(wù)器壓力大的時(shí)候可以快速添加機(jī)器到集群中，所以我們就需要有備用機(jī)器可以隨時(shí)待命。

最理想的方式是可以通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控服務(wù)器資源消耗來(lái)進(jìn)行報(bào)警，自動(dòng)切換降級(jí)方案，自動(dòng)地進(jìn)行服務(wù)器替換和添加操作等，通過(guò)自動(dòng)化可以減少人工的操作的成本，而且可以快速操作，避免人為操作上面的失誤。

冗余：

• 數(shù)據(jù)庫(kù)備份

• 備用服務(wù)器

自動(dòng)化：

• 自動(dòng)化監(jiān)控

• 自動(dòng)化報(bào)警

• 自動(dòng)化降級(jí)

通過(guò)GitLab事件，我們應(yīng)該反思，做了備份數(shù)據(jù)并不代表就萬(wàn)無(wú)一失了，我們需要保證高可用性，首先備份是否正常進(jìn)行，備份數(shù)據(jù)是否可用，需要我們進(jìn)行定期的檢查，或者自動(dòng)化監(jiān)控， 還有包括如何避免人為上的操作失誤問(wèn)題。（不過(guò)事件中Gitlab的開(kāi)放性姿態(tài)，積極的處理方式還是值得學(xué)習(xí)的）

總結(jié)

高并發(fā)架構(gòu)是一個(gè)不斷衍變的過(guò)程，冰洞三尺非一日之寒，長(zhǎng)城筑成非一日之功。打好基礎(chǔ)架構(gòu)方便以后的拓展，這點(diǎn)很重要。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电商那些年，我摸爬打滚出的高并发架构实战精髓(续)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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