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架构 5 作业

作者:梁山伯
  • 2023-01-28
    四川
  • 本文字数:1819 字

    阅读完需:约 6 分钟

作业内容

设计微博系统中”微博评论“的高性能高可用计算架构。

【作业要求】

基于模块 5 第 6 课的微博实战案例,分析“微博评论”这个核心场景的业务特性,然后设计其 高性能高可用计算架构,包括但不限于如下内容:

1. 计算性能预估(不需要考虑存储性能);

2. 非热点事件时的高性能计算架构,需要考虑是否要拆分独立的服务;

3. 热点事件时的高可用计算架构。

【提示】

1. 分析方法对照“看微博”和“发微博”的案例。

微博评论业务场景计算性能估算

估算依据


用户行为建模和性能估算

【发微博】

考虑到微博是一个看得多发的少的业务,假设平均每天每人发 1 条微博(只考虑文字微博),则微博每天的发送量约为 2.5 亿条。

大部分的人发微博集中在早上 8:00~9:00 点,中午 12:00~13:00,晚上 20:00~22:00,假设这几个时间段发微博总量占比为 60%,则这 4 个小时的平均发微博的 TPS 计算如下:

2.5 亿 * 60% / (4 * 3600) ≈ 10 K/s

【看微博】

由于绝大部分微博用户看微博的对象是大 V 和明星,因此我们假设平均一条微博观看人数有 100 次,则观看微博的次数为:

2.5 亿 * 100 = 250 亿。

大部分人看微博的时间段和发微博的时间段基本重合,因此看微博的平均 QPS 计算如下:

250 亿 * 60% / (4*3600) = 1000K/s。

【评论微博】

由于评论微博的用于和看微博的用户时同一批用户,但评论微博的用户数量要小于看微博用户的数量。假设十个观看微博的人有 2-3 个人进行评论,则看微博与评论微博的转化率为:

(2+3)/2/10 = 25%

考虑到热点评论会出现反复评论的情况,假设对于热点评论的评论次数为 3。因此评论微博的次数为:

250 亿*25%*3 = 187.5 亿

因此评论微博的 TPS 计算:

62.5 亿 * 60% / (4*3600) = 750K/s

微博评论高性能计算架构设计

【业务特性分析】

评论微博是一个典型的写操作,因此不能用缓存,可以用负载均衡。

【架构分析】

1. 用户量过亿,应该要用多级负载均衡架构,覆盖 DNS -> F5 -> Nginx -> 网关的多级负载均衡。 ;

2. 请求量达到 187.5 亿,应该要用多级缓存架构,尤其是 CDN 缓存,是缓存设计的核心。

【架构设计】

1. 假设 CDN 能够承载 90%的用户流量,那么剩下 10%的读微博的请求进入系统,则请求 QPS 为 750K/s * 10% = 75K/s。

2. 负载均衡算法选择 评论微博的时候依赖登录状态,登录状态一般都是保存在分布式缓存中的,因此发微博的时候,将请求发送给任意服务器都可以,这里选择“轮询”或者“随机”算法。

3. 业务服务器数量估算评论微博涉及几个关键的处理:内容审核(依赖审核系统)、数据写入存储(依赖存储系统)、数据写入缓存(依赖缓存系统),因此按照一个服务每秒处理 500 来估算,完成 75K/s 的 TPS,需要 150 台服务器,加上一定的预留量,预计使用 200 台服务器。

微博评论的多级负载均衡架构


微博热点事件

用户行为建模和性能估算

热点事件指某个大 V 或者明星爆料或者官宣,虽然只有一两条微博,但引起大量用户在短时间内访问,给系统造成很大压力。

【转发微博】

造成热点事件的微博自己只有 1~2 条,但是用户围观后会有很多转发,假设有 10%的围观用户会在事件发生后 60 分钟内转发。

【看微博】

很难预估,和事件的影响力和影响范围有关。

评论微博

评论微博与看微博业务属性相似,都与事件影响力和影响范围有关。

业务特性分析

【业务特性分析】

1. 转发微博

转发微博的业务逻辑基本等同于发微博,但是业务上可以区分是“原创”还是“转发”,转发的微博重要性和影响力不如原微博。

2. 看微博

热点事件发生后,绝大部分请求都落在了导致热点事件发生的那一条微博上面。

3. 评论微博

热点事件发生后,绝大部分请求和评论都落在了导致热点事件发生的那一条微博上面,但本质上是标准的数据写入操作。

计算高可用架构分析

核心架构设计思想:既然无法预估,那就做好预防!

【架构设计分析】

转发微博

转发的微博重要性和影响力不如原微博,可以考虑对“转发微博”限流,由于转发能带来更好的传播,因此尽量少丢弃请求,考虑用“漏桶算法”。

看微博

很明显,热点事件微博存在缓存热点问题,可以考虑“多副本缓存”,由于原有的缓存架构已经采用了“应用内的缓存,总体上来看,缓存热点问题其实不一定很突出。

评论微博

评论微博实际是写入操作,相对于查看操作,可以在一定程度上存在延时处理的余地。需要注意的是,突发性的大批量写入操作,需要保证每一个写入操作都能够切实有效的执行。考虑使用访问限流和写缓冲算法。

计算高可用架构示意图


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