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分布式架构的前世今生

今天看到一篇关于后台架构发展路程的,如何从单体到分布式的逐步发展,我觉得写得很棒,写点记录!

前言

从大型机到分布式,经历了好几个阶段,我们弄明白各个阶段的架构,才能更好地理解和体会分布式架构的好处

背景说明

我们必须知道的是,一个成熟的大型网站的系统架构并非一开始就设计的非常完美,也没有一开始就具备高性能、高并发、高可用、安全性等特性,而是随着用户量的增加、业务功能的扩展逐步演变过来的,慢慢的完善的。 在这个过程中,开发模式、技术架构等都会随着迭代发生非常大的变化。 而针对不同业务特征的系统,各自都会有自己的侧重点。

以 JavaWeb 为例,来搭建一个简单的电商系统,从这个系统中来看系统的演变过程。

阶段一:单应用架构

这个阶段是网站的初期,也可以认为是互联网发展的早期,在单台服务器上运行我们所有的程序和软件。

阶段二:应用服务器和数据库服务器分离

在单台机器的性能遇到瓶颈的时候,增加机器是一个比较简单好用的方式,投入产出比相当高。这个阶段增加机器的主要目的是将 web 服务器和数据库服务器拆分开来,这样做的话不仅提高了单机的负载能力,也提高了整个系统的容灾能力。

阶段三:应用服务器集群

这个阶段,随着访问量的继续不断增加,单台应用服务器已经无法满足我们的需求。 假设我的数据库服务器还没有遇到性能问题,那我们可以通过增加应用服务器的方式来将应用服务器集群化,这样就可以将用户请求分流到各个服务器中,从而达到继续提升系统负载能力的目的。此时各个应用服务器之间没有直接的交互,他们都是依赖数据库各自对外提供服务。

系统架构发展到这个阶段,各种问题也会接踵而至:

  • 用户请求交由谁来转发到具体的应用服务器上(谁来负责负载均衡)
  • 用户如果每次访问到的服务器不一样,那么如何维护session,达到session共享的目的。

负载均衡又可以分为软负载和硬负载。软负载我们可以选择Nginx、Apache等,硬负载我们可以选择F5等。

而session共享问题我们可以通过配置tomcat的session共享解决。

阶段四:数据库压力变大,数据库读写分离

通过上面的设计,应用层的性能被我们拉上来了, 但数据库的负载也在逐渐增大,那如何去提高数据库层面的性能呢?有了前面的设计思路以后,我们自然也会想到通过增加服务器来提高性能。但假如我们单纯的把数据库一分为二,然后对于数据库的请求,分别负载到两台数据库服务器上,那必定会造成数据库数据不统一的问题。 所以我们一般先考虑将数据库读写分离。

这个架构设计的变化会带来如下几个问题:

  • 主从数据库之间的数据需要同步(可以使用 mysql 自带的 master-slave 方式实现主从复制 )
  • 应用中需要根据业务进行对应数据源的选择( 采用第三方数据库中间件,例如 mycat )

阶段五:使用搜索引擎缓解读库的压力

数据库常常对模糊查找效率不是很高,像电商类的网站,搜索是非常核心的功能,即使是做了读写分离,这个问题也不能得到有效解决。那么这个时候我们就需要引入搜索引擎了,使用搜索引擎能够大大提升我们系统的查询速度,但同时也会带来一 些附加的问题,比如维护索引的构建、数据同步到搜索引擎等。

阶段六:引入缓存机制缓解数据库的压力

随着访问量的持续不断增加,逐渐会出现许多用户访问同一内容的情况,那么对于这些热点数据,没必要每次都从数据库重读取,这时我们可以使用到缓存技术,比如 redis、memcache 来作为我们应用层的缓存。另外在某些场景下,如我们对用户的某些 IP 的访问频率做限制, 那这个放内存中就又不合适,放数据库又太麻烦了,那这个时候可以使用 Nosql 的方式比如 mongDB 来代替传统的关系型数据库。

阶段七:数据库的水平/垂直拆分

网站演进的变化过程,交易、商品、用户的数据都还在同一 个数据库中,尽管采取了增加缓存,读写分离的方式,但是随着数据库的压力持续增加,数据库的瓶颈仍然是个最大的问题。因此我 们可以考虑对数据的垂直拆分和水平拆分。

垂直拆分:把数据库中不同业务数据拆分到不同的数据库。

水平拆分:把同一个表中的数据拆分到两个甚至更多的数据库中,水平拆分的原因是某些业务数据量已经达到了单个数据库的瓶颈,这时可以采取将表拆分到多个数据库中。

阶段八:应用的拆分

随着业务的发展,业务量越来越大,应用的压力越来越大。工程规模也越来越庞大。这个时候就可以考虑将应用拆分,按照领域模型将我们的用户、商品、交易拆分成多个子系统。

这样拆分以后,可能会有一些相同的代码,比如用户操作,在商品和交易都需要查询,所以会导致每个系统都会有用户查询访问相关操作。这些相同的操作一定是要抽象出来,否则就是一个坑。所以通过走服务化路线的方式来解决。

那么服务拆分以后,各个服务之间如何进行远程通信呢? 通过 RPC 技术,比较典型的有:dubbo、webservice、hessian、http、RMI 等等。前期通过这些技术能够很好的解决各个服务之间通信问题,但是, 互联网的发展是持续的,所以架构的演变和优化也还在持续。

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