架构师训练营：第四周第一节，互联网架构系统架构的演化

互联网应用面临的几大问题

• 大流量：日均PV，IP访问高

• 高并发：秒杀业务需求

• 高可用：7x24小时不间断服务

• 海量数据：用户多产生的数据量大

• 用户分布广泛，网络情况复杂：针对全球互联网用户，各地互联网状况一样

• 安全环境恶劣：互联网开放性使得网站更容易受到攻击

• 需求快速变更，发布频繁：为了快速适应市场，满足用户需求

• 渐进式发展：互联网应用都是由一个小的网站发展起来的。

应对高并发挑战的两个方向

垂直伸缩：

通过升级硬件和网路吞吐能力，不需要改变应用架构。

几大垂直伸缩方面：

• 通过RAID（独立冗余磁盘阵列）增加I/O的吞吐能力

• 通过切换到SSD（固态硬盘） 改善I/O的访问速度

• 通过增加内存减少I/O操作

• 通过升级或增加网路接口提高网络吞吐能力

• 更新服务器使用更多处理器或者更多超线程



有点：简单不用改变应用架构

缺点：硬件昂贵，有硬件物理极限，系统或应用程序有驱动硬件的极限



水平伸缩：

通过增加服务器提升计算能力的一类架构方法。

优点：不需要特别昂贵的硬件，单位计算成本不随计算能力增加而飙升。

缺点：初始建设阶段成本高

互联网架构演化的阶段

阶段零：最简单的互联网应用架构

单台服务器上部署应用程序，数据库，以及文件系统。



阶段一：应用数据分离

应用程序，数据库，文件系统分别部署到各自的服务器上



阶段二：使用缓存改善系统性能

为了减少数据库的访问压力，增加应用本地缓存，和远程分布式缓存



阶段三：使用应用服务器集群改善系统并发处理能力

使用集群后应用集群之前要使用负载均衡调度服务器分发请求



阶段四：数据库读写分离

数据库分主从复制同步数据，主库负责写操作，从库只允许读操作



阶段五：使用反向代理和CDN加速网站响应

使用反向代理缓存web请求，CDN缓存静态资源到用户附近地区网络



阶段六：使用分布式文件系统和分布式数据库系统

提升数据库和文件系统的，存储能力，和访问峰值上限，及容灾能力。



阶段七：使用NoSQL 和搜索引擎

使用NoSQL对非关系型数据或不需要事务数据存储，将一些查询检索数据同步到搜索引擎中，缓解关系型数据库的压力。



阶段八：业务拆分

将应用系统拆分多个子应用分别部署为集群



阶段久：微服务及中台化

更细粒度的拆分为更小的服务，对共用jar包的抽出为服务下沉为中台服务



阶段十：大数据与智能化

运用大数据分析，智能化为用户提供服务

互联网架构模式

• 分层：应用横向维度切分（前端、网关服务、应用服务、公共服务、基础设置服务等）

• 分割：应用纵向按照业务切分（登录、订单、购物车等）

• 分布式：切分后分布式部署，不同的模块部署到不同的服务器上

• 集群：将独立部署的服务集群化，添加负载均衡

• 缓存：本地，远程缓存，反向代理，CDN

• 异步：使用消息中间件降低软件耦合，提升系统可用性，加速响应，消除并发高峰

• 冗余：保证7X24高可用性，数据库主从备份，保持数据冗余，集群负载机制，保证服务器冗余运行

• 自动化：大规模集群情况下，需要自动化运维，仅需很少的维护人员或者无人值守自动运维

• 安全：登录验证，数据加密，垃圾、敏感信息过滤，转账交易风控，防止XSS攻击，SQl注入等，



总结：

• 互联网应用的主要特点是，用户量大带来的高并发，大流量，海量数据处理问题

• 应对高并发瓶颈时，如果没有成熟的水平伸缩方案，可以先用垂直伸缩方案解决

• 新的互联网应用开发时，不一定完全架构演进阶段来，要综合考虑、人员数量，财力状况，时间等方面。

• 从架构演进使用的技术可以看出，各种技术处理了不同方向的问题，使应用系统逐渐完善。