第四周作业

作业&总结：



1.分层

  分层是企业应用中最常见的一种架构模式，将系统在横向维度上切分为几个部分，每个部分负责一部分相对比较单一的职责，然后通过上层对下层的依赖和调用组成一个完整的系统。

  在大型网站架构中也采用分层结构，将网站软件系统分为：应用层、服务层、数据层：

·应用层：负责具体的业务和视图展示，如网站首页及搜索输入和结果展示；

·服务层：为应用层提供服务支持，如用户管理服务，购物车服务；

·数据层：提供数据存储访问服务，如数据库、缓存、文件、搜索等；

  分层架构必须合理规划层次边界和接口，在开发过程中，严格遵循分层架构的约束，禁止跨层次的调用（应用层直接调用数据层）及逆向调用（数据层调用服务层，或者服务层调用应用层）。三层结构分别部署在不同的服务器上，使网站拥有更多的计算资源以及越来越多的用户访问。在网站的发展过程中，分层结构对网站支持高并发向分布式方向发展至关重要。因此在网站规模还很小的时候就采用分层结构，这样将来网站做大时才能更好的应对。



2. 分割

   网站越大，功能越复杂，服务和数据处理的种类越多，讲这些不同的功能和服务分割开来，包装成高内聚低耦合的模块单元，一方面有助于软件的开发和维护；另一方面，便于不同模块的分布式部署，提高网站的并发处理能力和功能扩展能力。



3. 分布式

   对于大型网站，分层和分割的一个主要的目的是为了切分后的模块便于分布式部署，即将不同模块部署在不同的服务器上，通过远程调用协同工作。分布式意味着可以使用更多的计算机完成相同的功能，计算机越多，cpu、内存、存储资源也就越多，能够处理的并发访问和数据量就越大，进而能够为更多的用户提供服务。

  分布式在解决网站高并发问题的同时也带来了其他问题：

1）分布式意味着服务调用必须通过网络，这可能会对性能造成比较严重的影响；

2）服务器越多，服务器宕机的概率也就越大，一台服务器宕机造成的服务不可用可能会导致很多应用不可访问，使网站可用性降低；

3）数据在分布式的环境中保持数据一致性也非常困难，分布式事务也难以保证，这对网站业务的正确性和业务流程可能造成很大的影响；

4）分布式导致网站依赖错综复杂，开发管理维护困难。



  在网站应用中，常用的分布式方案有以下几种：

·分布式应用和服务：将分层和分割后的应用和服务模块分布式部署，可以改善网站性能和并发性、加快开发和发布速度、减少数据库连接资源消耗外，还可以使不同的应用复用共同的服务，便于业务功能扩展；

·分布式静态资源：网站的静态资源如JS、CSS、logo图片等资源独立分布式部署，并采用独立的域名，即动静分离。静态资源分布式部署可以减轻应用服务器的负载压力；通过使用独立域名加快浏览器并发加载的速度。

·分布式数据和存储：对于海量数据，单台计算机没法提供如此大的存储空间，这些数据需要分布式存储。为网站应用而生的各种NoSQL产品几乎都是分布式的。

·分布式计算：目前网站普遍使用Hadoop以及MapReduce分布式计算框架进行计算。



  此外，还有可以支持网站线上服务器配置实时更新的分布式配置；分布式环境下实现并发和协调的分布式锁；支持云存储的分布式文件系统等；



4. 集群

  使用分布式虽然已经将分层和分割后的模块独立化部署，但是对于用户访问集中的模块，还需要将独立部署的服务器集群化，即多台服务器部署相同应用构成一个集群，通过负载均衡设备共同对外提供服务。

  因为服务器集群有更多服务器提供相同服务，因此可以提供更好的并发性。当有更多用户访问的时候，只需要向集群中加入新的机器即可。因为一个应用由多态服务器 提供，当某台服务器发生故障时，负载均衡设备将请求转发到集群中其他服务器上，使服务器故障不影响用户使用。所以在网站应用中，即使是访问量很小的分布式 应用和服务，也至少要部署两台服务器构成一个小的集群，目的是提高系统的可用性。



5. 缓存

  大型网站架构设计在很多方面都是用了缓存设计：



·CDN：即内容分发网络，部署在距离终端用户最近的网络服务商，用户的网络请求总是先到达他的网络服务商哪里，在这里缓存网站的一些静态资源，可以就近以最快的速度返回给用户，如视频网站和门户网站会将访问量大的热点内容缓存在CDN。



·反向代理：反向代理属于网站前端架构的一部分，部署在网站的前端，当用户请求到达网站的数据中心时，最先访问到的是反向代理服务器，这里缓存网站的静态资源，无需将请求继续转发给应用服务器就能返回给用户。

·本地缓存：在应用服务器本地缓存着热点数据，应用程序可以在本机内存中直接访问数据，而无需访问数据库。

·分布式缓存：大型网站的数据量非常庞大，即使只缓存一小部分，需要的内存空间也不是单机能承受的，所以除了本地缓存，还需要分布式缓存，将数据缓存在一个专门的分布式缓存集群中，应用程序通过网络通信访问缓存数据。

  使用缓存有两个前提条件，一是数据访问热点不均衡，某些数据会被更频繁的访问，这些数据应该放在缓存中；二是数据在某个时间段内有效，不会很快过期，否则缓存的数据就会因已经失效而产生脏读，影响结果的正确性。网站应用中，缓存除了可以加快数据访问速度，还可以减轻后端应用和数据存储的负载压力，这一点对网站数据库架构至关重要，网站数据库几乎都是按照有缓存的前提进行负载能力设计的。



6. 异步

  在大型网站架构中，系统解耦合的手段除了前面提到的分层、分割、分布等，还有一个重要的手段是异步，业务之间的消息传递不是同步调用，而是将一个业务操作分成多个阶段，每个阶段之间通过共享数据的方式异步执行进行协作。

  在单一服务器内部可通过多线程共享内存队列的方式实现异步，处在业务操作前面的线程将输出写入到队列，后面的线程从队列中读取数据进行处理；



  在分布式系统中，多个服务器集群通过分布式消息队列实现异步，分布式消息队列可以看做内存队列的分布式部署。



  异步架构是典型的生产者消费者模式，两者不存在直接调用，只要保持数据结构不变，彼此功能实现可以随意变化而不相互影响，这对网站扩展新功能非常便利。除此之外，使用异步消息队列还有如下特性：



·提高系统的可用性：消费者服务器发生故障，数据会在消息队列服务器中存储堆积，生产者服务器可以继续处理业务请求，系统整体表现无故障。消费者服务器恢复正常后，继续处理消息队列中的数据。

·加快网站响应速度：处在业务处理前端的生产者服务器在处理完业务请求后，将数据写入消息队列，不需要等待消费者服务器处理就可以返回，响应延迟减少。

·消除并发访问高峰：使用消息队列将突然增加的访问请求数据放到消息队列中，等待消费者服务器依次处理，就不会对整个网站负载造成太大的压力。

  但需要注意的是，使用异步方式处理业务可能会对用户体验、业务流程造成影响，需要网站产品设计方面的支持。



7. 冗余

  网站需要7x24小时连续运行，但是服务器随时可能出现故障，特别是服务器规模比较大时，出现某台服务器宕机是必然事件。想要保证在服务器宕机的情况下网 站依然可以继续服务，不丢失数据，就需要一定程度的服务器冗余运行，数据冗余备份，这样当某台服务器宕机时，可以将其上的服务和数据访问转移到其他机器 上。

  访问和负载很小的服务也必须部署至少两台服务器构成一个集群，其目的就是通过冗余实现服务高可用。数据库除了定期备份，存档保存，实现冷备份外，为了保证在线业务高可用，还需要对数据库进行主从分离，实时同步实现热备份。