一、前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，以前的大型機(jī)架構(gòu)很顯然由于高成本、難維護(hù)等原因漸漸地變得不再那么主流了，替代它的就是當(dāng)下最火的分布式架構(gòu)，從大型機(jī)到分布式，經(jīng)歷了好幾個(gè)階段，我們弄明白各個(gè)階段的架構(gòu)，才能更好地理解和體會(huì)分布式架構(gòu)的好處，那么本文我們就來聊聊分布式架構(gòu)的演進(jìn)過程，希望能給大家?guī)硌矍耙涣恋母杏X。

二、背景說明

我們都知道一個(gè)成熟的大型網(wǎng)站的系統(tǒng)架構(gòu)并非一開始就設(shè)計(jì)的非常完美，也沒有一開始就具備高性能、高并發(fā)、高可用、安全性等特性，而是隨著用戶量的增加、業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)展逐步演變過來的，慢慢的完善的。在這個(gè)過程中，開發(fā)模式、技術(shù)架構(gòu)等都會(huì)隨著迭代發(fā)生非常大的變化。而針對(duì)不同業(yè)務(wù)特征的系統(tǒng)，各自都會(huì)有自己的側(cè)重點(diǎn)，例如像淘寶這類的網(wǎng)站，要解決的重點(diǎn)問題就是海量商品搜索、下單、支付等問題; 像騰訊這類的網(wǎng)站，要解決的是數(shù)億級(jí)別用戶的實(shí)時(shí)消息傳輸;而像百度這類的公司所要解決的又是海量數(shù)據(jù)的搜索。每一個(gè)種類的業(yè)務(wù)都有自己不同的系統(tǒng)架構(gòu)。

下面我們來簡(jiǎn)單模擬一個(gè)架構(gòu)演變過程。我們以 JAVAweb 為例，來搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的電商系統(tǒng)，從這個(gè)系統(tǒng)中來看系統(tǒng)的演變過程。要注意的是接下來的演示模型，關(guān)注的是數(shù)據(jù)量、訪問量提升，網(wǎng)站結(jié)構(gòu)的變化，而不關(guān)注具體業(yè)務(wù)的功能點(diǎn)。其次，這個(gè)過程是為了讓大家能更好的了解網(wǎng)站演進(jìn)過程中的一些問題和應(yīng)對(duì)策略。

假如我們系統(tǒng)具備以下功能:

用戶模塊:用戶注冊(cè)和管理。
商品模塊:商品展示和管理。
交易模塊:創(chuàng)建交易及支付結(jié)算。

三、階段一：?jiǎn)螒?yīng)用架構(gòu)

這個(gè)階段是網(wǎng)站的初期，也可以認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的早期，系統(tǒng)架構(gòu)如上圖所示。我們經(jīng)常會(huì)在單臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行我們所有的程序和軟件。把所有軟件和應(yīng)用都部署在一臺(tái)機(jī)器上，這樣就完成一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的搭建，這個(gè)階段的講究的是效率。效率決定生死。

四、階段二：應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分離

隨著網(wǎng)站的上線，訪問量逐步上升，服務(wù)器的負(fù)載慢慢提高，我們應(yīng)該在服務(wù)器還沒有超載的時(shí)候就做好規(guī)劃、提升網(wǎng)站的負(fù)載能力。假若此時(shí)已經(jīng)沒辦法在代碼層面繼續(xù)優(yōu)化提高，那么在單臺(tái)機(jī)器的性能遇到瓶頸的時(shí)候，增加機(jī)器是一個(gè)比較簡(jiǎn)單好用的方式，投入產(chǎn)出比相當(dāng)高。這個(gè)階段增加機(jī)器的主要目的是將 web 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器拆分開來，這樣做的話不僅提高了單機(jī)的負(fù)載能力，也提高了整個(gè)系統(tǒng)的容災(zāi)能力。

這個(gè)階段的系統(tǒng)架構(gòu)如上圖所示，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器完全隔離開來，相互互不影響，大大減少了網(wǎng)站宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，此階段我們已經(jīng)開始關(guān)注到應(yīng)用服務(wù)器的管理了。

五、階段三：應(yīng)用服務(wù)器集群

這個(gè)階段，隨著訪問量的繼續(xù)不斷增加，單臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器已經(jīng)無(wú)法滿足我們的需求。假設(shè)我的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器還沒有遇到性能問題，那我們可以通過增加應(yīng)用服務(wù)器的方式來將應(yīng)用服務(wù)器集群化，這樣就可以將用戶請(qǐng)求分流到各個(gè)服務(wù)器中，從而達(dá)到繼續(xù)提升系統(tǒng)負(fù)載能力的目的。此時(shí)各個(gè)應(yīng)用服務(wù)器之間沒有直接的交互，他們都是依賴數(shù)據(jù)庫(kù)各自對(duì)外提供服務(wù)。

系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展到這個(gè)階段，各種問題也會(huì)接踵而至：

用戶請(qǐng)求交由誰(shuí)來轉(zhuǎn)發(fā)到具體的應(yīng)用服務(wù)器上(誰(shuí)來負(fù)責(zé)負(fù)載均衡)
用戶如果每次訪問到的服務(wù)器不一樣，那么如何維護(hù)session，達(dá)到session共享的目的。

那么此時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)又會(huì)變成如下方式：

負(fù)載均衡又可以分為軟負(fù)載和硬負(fù)載。軟負(fù)載我們可以選擇Nginx、Apache等，硬負(fù)載我們可以選擇F5等。

而session共享問題我們可以通過配置Tomcat的session共享解決。

六、階段四：數(shù)據(jù)庫(kù)壓力變大，數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離

架構(gòu)演變到上面的階段，并不是終點(diǎn)。通過上面的設(shè)計(jì)，應(yīng)用層的性能被我們拉上來了，但數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載也在逐漸增大，那如何去提高數(shù)據(jù)庫(kù)層面的性能呢？有了前面的設(shè)計(jì)思路以后，我們自然也會(huì)想到通過增加服務(wù)器來提高性能。但假如我們單純的把數(shù)據(jù)庫(kù)一分為二，然后對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求，分別負(fù)載到兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，那必定會(huì)造成數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問題。所以我們一般先考慮將數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離。

這個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)的變化會(huì)帶來如下幾個(gè)問題：

主從數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)需要同步(可以使用 MySQL 自帶的 master-slave 方式實(shí)現(xiàn)主從復(fù)制 )
應(yīng)用中需要根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)源的選擇( 采用第三方數(shù)據(jù)庫(kù)中間件，例如 mycat )

七、階段五：使用搜索引擎緩解讀庫(kù)的壓力

我們都知道數(shù)據(jù)庫(kù)常常對(duì)模糊查找效率不是很高，像電商類的網(wǎng)站，搜索是非常核心的功能，即使是做了讀寫分離，這個(gè)問題也不能得到有效解決。那么這個(gè)時(shí)候我們就需要引入搜索引擎了，使用搜索引擎能夠大大提升我們系統(tǒng)的查詢速度，但同時(shí)也會(huì)帶來一些附加的問題，比如維護(hù)索引的構(gòu)建、數(shù)據(jù)同步到搜索引擎等。

八、階段六：引入緩存機(jī)制緩解數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力

然后，隨著訪問量的持續(xù)不斷增加，逐漸會(huì)出現(xiàn)許多用戶訪問同一內(nèi)容的情況，那么對(duì)于這些熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，沒必要每次都從數(shù)據(jù)庫(kù)重讀取，這時(shí)我們可以使用到緩存技術(shù)，比如 redis、memcache 來作為我們應(yīng)用層的緩存。另外在某些場(chǎng)景下，如我們對(duì)用戶的某些 IP 的訪問頻率做限制，那這個(gè)放內(nèi)存中就又不合適，放數(shù)據(jù)庫(kù)又太麻煩了，那這個(gè)時(shí)候可以使用 Nosql 的方式比如 mongDB 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。

九、階段七：數(shù)據(jù)庫(kù)的水平/垂直拆分

我們的網(wǎng)站演進(jìn)的變化過程，交易、商品、用戶的數(shù)據(jù)都還在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，盡管采取了增加緩存，讀寫分離的方式，但是隨著數(shù) 據(jù)庫(kù)的壓力持續(xù)增加，數(shù)據(jù)庫(kù)的瓶頸仍然是個(gè)最大的問題。因此我們可以考慮對(duì)數(shù)據(jù)的垂直拆分和水平拆分。

垂直拆分:把數(shù)據(jù)庫(kù)中不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)拆分到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)。

水平拆分:把同一個(gè)表中的數(shù)據(jù)拆分到兩個(gè)甚至更多的數(shù)據(jù)庫(kù)中，水平拆分的原因是某些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到了單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的瓶頸，這時(shí)可以采取將表拆分到多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

十、階段八：應(yīng)用的拆分

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)量越來越大，應(yīng)用的壓力越來越大。工程規(guī)模也越來越龐大。這個(gè)時(shí)候就可以考慮將應(yīng)用拆分，按照領(lǐng)域模型將我們的用戶、商品、交易拆分成多個(gè)子系統(tǒng)。

這樣拆分以后，可能會(huì)有一些相同的代碼，比如用戶操作，在商品和交易都需要查詢，所以會(huì)導(dǎo)致每個(gè)系統(tǒng)都會(huì)有用戶查詢?cè)L問相關(guān)操作。這些相同的操作一定是要抽象出來，否則就是一個(gè)坑。所以通過走服務(wù)化路線的方式來解決。

那么服務(wù)拆分以后，各個(gè)服務(wù)之間如何進(jìn)行遠(yuǎn)程通信呢? 通過 RPC 技術(shù)，比較典型的有:dubbo、webservice、hessian、http、RMI 等等。前期通過這些技術(shù)能夠很好的解決各個(gè)服務(wù)之間通信問題，但是，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是持續(xù)的，所以架構(gòu)的演變和優(yōu)化也還在持續(xù)。

十一、總結(jié)

通過本文，我們通過一個(gè)電商的案例，就了解到了分布式架構(gòu)的演進(jìn)過程，一環(huán)套一環(huán)，環(huán)環(huán)緊密相扣。都是通過業(yè)務(wù)量和訪問量的提升來考慮重構(gòu)架構(gòu)設(shè)計(jì)，以便能夠適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境。不可一蹴而就，也急不來，初創(chuàng)企業(yè)必須穩(wěn)扎穩(wěn)打，一步一個(gè)腳印的走出一條專屬自己的路。加油，everybody！