系统技术挑战与方案

互联网系统面临对挑战

• 高并发/大流量

• 高可用

• 海量数据

• 用户分布广泛，网络情况复杂

• 安全环境恶劣

• 需求变更快速，发布频繁

• 渐进式发展

架构是随着互联网业务从小到大逐步发展大，即业务和技术架构同步发展，而传统行业，在既有稳定的业务场景上实现功能。

其中，高并发是根本挑战，其他都可以理解为高并发所导致的。



应对高并发挑战的两个技术方向

• 垂直伸缩（升级单机硬件）

• 简单、不改变应用架构

• 短期伸缩方案

• 有物理极限、边际效用降低

• 水平伸缩（增加服务器数量）

• 突破单台物理极限

• 伸缩方案的圣杯



分布式架构的演化

第0阶段：单一服务器

原型验证，快速上线



第1阶段：应用数据分离

解决资源争用

对应用架构的改动几乎没有改变。

思想：不断增加服务器，细拆分服务的职责（单一职责原则）



第2阶段：使用缓存

思想：缓存，即使用高速模块缓存低速模块。

解决：加快速度、降低低速组件压力。

缓存分类：本地缓存/远程缓存

第3阶段：使用应用集群

解决：改善并发处理能力

思想：分布式

第4阶段：数据库读写分离

解决：数据库的处理能力

思想：读写分离



第5阶段：使用反向代理和CDN

思想：本质上还是缓存，只不过是贴近用户实现缓存



第6阶段：使用分布式文件系统和分布式数据库

解决：随着压力增加，瓶颈又出现在了数据库或文件系统上。

系统的并发能力、数量提升。

思想：分布式、集群



第7阶段：使用NoSQL和搜索引擎

思想：细化和拆分职责。这里就是将数据库中的部分查询职责，使用更专用的技术去解决。



第8阶段：业务拆分

思想：细化和拆分。从业务角度，将系统职责拆分

解决：开发运维更简单、单个业务系统更简单灵活。



第9个阶段：微服务和中台化

思想：抽取公共

微服务是目前互联网架构的主要架构模式。



第10个阶段：大数据与智能化

解决：千人千面



架构模式和要素

模式

分层模式

横向分层

分隔模式

纵向切割。将不同的功能和服务分隔成高内聚低耦合的模块。



分层/分隔，同时使得系统拆分成分布式部署的集群，独立发展和演化。



集群模式

集群是将系统功能的多态服务器构成一个集群对外提供服务。



缓存模式

缓存就是将数据存放在距离计算最近的位置加快处理速度。缓存无处不在。

CDN

反向代理

本地缓存

远程缓存



异步模式

异步的低层思想是降低耦合性。解藕使得模块可以独立发展、变更。

• 提高可用性

• 加快相应速度

• 消除访问高峰



冗余



自动化

主要在运维

自动化剔除失败节点



安全

加密

XSS、SQL注入

交易风控处理



架构的5个核心要素（标准）

高性能

高可用

主要手段是冗余

相比高性能，高可用是更硬性的指标，无缓冲余地。

（容量）可伸缩

容易通过不断添加服务器实现扩容。

（功能）可扩展

前三项都是从非功能性角度衡量。可扩展关注的是功能性需求，快速相应需求变化。

主要手段：事件驱动、分布式服务



安全