架构 1 期第四周作业 1- 大型互联网系统技术梳理

概述

按照角色区分，一个互联网系统的用户可以分为两类：用户、开发者。用户希望系统稳定可靠，开发者还希望系统能高扩展。从开发者的角度，我们可以提炼出好的互联网系统的一般标准：高性能、高可用、高扩展，这也是系统建设、优化的目标。高性能、高可用，意味着能给用户提供可靠的服务，高扩展性意味着系统的复杂度必须要控制，必须符合高内聚低耦合的设计原则。以下针对此三个要求，列举一般互联网系统的解决方案。

高性能

高性能的表现为，更快的响应速度，更高的吞吐量。结合一般业务请求的处理路径，可以提高性能的方法有垂直伸缩、水平伸缩两个方向。

1、垂直伸缩

垂直伸缩是通过提高单点性能从而提升系统整体性能的解决方案。一般提升的是系统瓶颈所在目标结点，如：数据库服务器、应用服务器等。此种方案的优势是改造简单，效果显著，在系统早起几乎能达到线性的提升效率。缺点是：超过某个程度后，需要投入的成本会大大超过收益；受到物理硬件限制；受到操作系统、应用软件本身的限制。

2、水平伸缩

水平伸缩包含两方面内容：复制和拆分。

复制是通过集群的方式，利用多台服务器线性提升系统处理能力。并且如果软件系统设计足够精巧，理论上可以通过无限复制的方式无线扩展系统能力。

拆分是通过把系统功能拆分成更小的高内聚低耦合模块并单独部署，精简单一服务器上处理的业务。从而使拆分出来的模块获得更多的服务器资源以提高性能，从而使得系统整体性能得以提升。拆分出来的模块又继续可以通过垂直伸缩、水平伸缩的方式再度进行优化。

基于前面的分析，垂直伸缩提升空间有限，我们此处重要讨论水平伸缩的实践方法。结合当前一般互联网系统的架构，解决高性能问题的一般手段有如下几种：

• 应用、数据拆分，独立部署

• 利用缓存，提高数据获取速度，包括本地缓存、分布式远程缓存。

• 集群部署，线性提高系统性能。

• 数据库读写分离。通过读写分离，把原来一台数据库服务器处理的工作拆分到多台服务器上，主库单独负责写请求，其他从库负责读请求。

• 使用反向代理和CDN加速网站响应。大多数互联网应用请求读多写少，而且读请求往往伴随大量的静态内容如图片、脚本等。通过反向代理和CDN，请求在到达应用服务器之前就可以被响应，大大提高网站响应速度，降低应用服务器压力。

• 多样化的技术手段，如使用分布式文件系统、分布式数据库、NoSql数据库、搜索引擎等。将系统的某些功能使用独立的第三方技术单独实现，可以获得性能大幅提升。



高可用

“高可用性”（High Availability）通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性。

意外总会发生，我们必须考虑到服务器宕机时，如何保证系统仍然可用，或者部分可用。

高可用的解决方向有两个：冗余和降级

冗余即通过多台、多机房部署，提升系统可用性。

降级则需要结合业务，在核心业务上做降级处理。包括自身的降级和依赖方的降级。

高扩展

高扩展是指当需要新增功能或模块式，对现有系统改动少或者无改动。不仅仅是开发阶段，还包括测试、部署等阶段，都要实现高扩展特性。一个客观规律是，影响范围越小，改动越容易，此影响范围不仅包括软件系统，也包括参与的人。依据此，对系统做微服务化拆分，将高内聚的功能集中到小的范围，则就可以在此小范围内实现快速开发、测试、上线。

当某个微服务不断发展，边界不断扩张，就可能进化成中台。