本文是學(xué)習(xí)大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)的技術(shù)總結(jié)。對(duì)架構(gòu)一個(gè)高性能、高可用、可伸縮及可擴(kuò)展的分布式網(wǎng)站進(jìn)行了概要性描述，并給出一個(gè)架構(gòu)參考。文中一部分為讀書(shū)筆記，一部分是個(gè)人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)有較好的參考價(jià)值。

大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)技術(shù)

1、大型網(wǎng)站的特點(diǎn)

用戶(hù)多，分布廣泛

大流量，高并發(fā)

海量數(shù)據(jù)，服務(wù)高可用

安全環(huán)境惡劣，易受網(wǎng)絡(luò)攻擊

功能多，變更快，頻繁發(fā)布

從小到大，漸進(jìn)發(fā)展

以用戶(hù)為中心

免費(fèi)服務(wù)，付費(fèi)體驗(yàn)

2、大型網(wǎng)站架構(gòu)目標(biāo)

高性能：提供快速的訪問(wèn)體驗(yàn)。

高可用：網(wǎng)站服務(wù)一直可以正常訪問(wèn)。

可伸縮：通過(guò)硬件增加/減少，提高/降低處理能力。

安全性：提供網(wǎng)站安全訪問(wèn)和數(shù)據(jù)加密、安全存儲(chǔ)等策略。

擴(kuò)展性：方便地通過(guò)新增/移除方式，增加/減少新的功能/模塊。

敏捷性：隨需應(yīng)變，快速響應(yīng)；

3、大型網(wǎng)站架構(gòu)模式

分層：一般可分為應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、管理層與分析層；

分割：一般按照業(yè)務(wù)/模塊/功能特點(diǎn)進(jìn)行劃分，比如應(yīng)用層分為首頁(yè)、用戶(hù)中心。

分布式：將應(yīng)用分開(kāi)部署（比如多臺(tái)物理機(jī)），通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)用協(xié)同工作。

集群：一個(gè)應(yīng)用/模塊/功能部署多份（如：多臺(tái)物理機(jī)），通過(guò)負(fù)載均衡共同提供對(duì)外訪問(wèn)。

緩存：將數(shù)據(jù)放在距離應(yīng)用或用戶(hù)最近的位置，加快訪問(wèn)速度。

異步：將同步的操作異步化?？蛻?hù)端發(fā)出請(qǐng)求，不等待服務(wù)端響應(yīng)，等服務(wù)端處理完畢后，使用通知或輪詢(xún)的方式告知請(qǐng)求方。一般指：請(qǐng)求——響應(yīng)——通知模式。

冗余：增加副本，提高可用性、安全性與性能。

安全：對(duì)已知問(wèn)題有有效的解決方案，對(duì)未知/潛在問(wèn)題建立發(fā)現(xiàn)和防御機(jī)制。

自動(dòng)化：將重復(fù)的、不需要人工參與的事情，通過(guò)工具的方式，使用機(jī)器完成。

敏捷性：積極接受需求變更，快速響應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

4、高性能架構(gòu)

以用戶(hù)為中心，提供快速的網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)體驗(yàn)。主要參數(shù)有較短的響應(yīng)時(shí)間、較大的并發(fā)處理能力、較高的吞吐量與穩(wěn)定的性能參數(shù)。

可分為前端優(yōu)化、應(yīng)用層優(yōu)化、代碼層優(yōu)化與存儲(chǔ)層優(yōu)化。

前端優(yōu)化：網(wǎng)站業(yè)務(wù)邏輯之前的部分；

瀏覽器優(yōu)化：減少HTTP請(qǐng)求數(shù)，使用瀏覽器緩存，啟用壓縮，CSS JS位置，JS異步，減少Cookie傳輸；CDN加速，反向代理；

應(yīng)用層優(yōu)化：處理網(wǎng)站業(yè)務(wù)的服務(wù)器。使用緩存，異步，集群

代碼優(yōu)化：合理的架構(gòu)，多線程，資源復(fù)用（對(duì)象池，線程池等），良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，JVM調(diào)優(yōu)，單例，Cache等；

存儲(chǔ)優(yōu)化：緩存、固態(tài)硬盤(pán)、光纖傳輸、優(yōu)化讀寫(xiě)、磁盤(pán)冗余、分布式存儲(chǔ)（HDFS）、NoSQL等。

5、高可用架構(gòu)

大型網(wǎng)站應(yīng)該在任何時(shí)候都可以正常訪問(wèn)，正常提供對(duì)外服務(wù)。因?yàn)榇笮途W(wǎng)站的復(fù)雜性，分布式，廉價(jià)服務(wù)器，開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)，操作系統(tǒng)等特點(diǎn)，要保證高可用是很困難的，也就是說(shuō)網(wǎng)站的故障是不可避免的。

如何提高可用性，就是需要迫切解決的問(wèn)題。首先，需要從架構(gòu)級(jí)別考慮，在規(guī)劃的時(shí)候，就考慮可用性。行業(yè)內(nèi)一般用幾個(gè)9表示可用性指標(biāo)，比如四個(gè)9（99.99），一年內(nèi)允許的不可用時(shí)間是53分鐘。

不同層級(jí)使用的策略不同，一般采用冗余備份和失效轉(zhuǎn)移解決高可用問(wèn)題。

應(yīng)用層：一般設(shè)計(jì)為無(wú)狀態(tài)的，對(duì)于每次請(qǐng)求，使用哪一臺(tái)服務(wù)器處理是沒(méi)有影響的。一般使用負(fù)載均衡技術(shù)（需要解決Session同步問(wèn)題）實(shí)現(xiàn)高可用。

服務(wù)層：負(fù)載均衡，分級(jí)管理，快速失?。ǔ瑫r(shí)設(shè)置），異步調(diào)用，服務(wù)降級(jí)，冪等設(shè)計(jì)等。

數(shù)據(jù)層：冗余備份（冷，熱備[同步，異步]，溫備），失效轉(zhuǎn)移（確認(rèn)，轉(zhuǎn)移，恢復(fù)）。數(shù)據(jù)高可用方面著名的理論基礎(chǔ)是CAP理論（持久性，可用性，數(shù)據(jù)一致性[強(qiáng)一致，用戶(hù)一致，最終一致]）

6、可伸縮架構(gòu)

伸縮性是指在不改變?cè)屑軜?gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加/減少硬件（服務(wù)器）的方式，提高/降低系統(tǒng)的處理能力。

應(yīng)用層：對(duì)應(yīng)用進(jìn)行垂直或水平切分。然后針對(duì)單一功能進(jìn)行負(fù)載均衡（DNS、HTTP[反向代理]、IP、鏈路層）。

服務(wù)層：與應(yīng)用層類(lèi)似；

數(shù)據(jù)層：分庫(kù)、分表、NoSQL等；常用算法Hash，一致性Hash。

7、可擴(kuò)展架構(gòu)

可以方便地進(jìn)行功能模塊的新增/移除，提供代碼/模塊級(jí)別良好的可擴(kuò)展性。

模塊化，組件化：高內(nèi)聚，低耦合，提高復(fù)用性，擴(kuò)展性。

穩(wěn)定接口：定義穩(wěn)定的接口，在接口不變的情況下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以“隨意”變化。

設(shè)計(jì)模式：應(yīng)用面向?qū)ο笏枷?，原則，使用設(shè)計(jì)模式，進(jìn)行代碼層面的設(shè)計(jì)。

消息隊(duì)列：模塊化的系統(tǒng)，通過(guò)消息隊(duì)列進(jìn)行交互，使模塊之間的依賴(lài)解耦。

分布式服務(wù)：公用模塊服務(wù)化，提供其他系統(tǒng)使用，提高可重用性，擴(kuò)展性。

8、安全架構(gòu)

對(duì)已知問(wèn)題有有效的解決方案，對(duì)未知/潛在問(wèn)題建立發(fā)現(xiàn)和防御機(jī)制。對(duì)于安全問(wèn)題，首先要提高安全意識(shí)，建立一個(gè)安全的有效機(jī)制，從政策層面，組織層面進(jìn)行保障，比如服務(wù)器密碼不能泄露，密碼每月更新，并且三次內(nèi)不能重復(fù)；每周安全掃描等。以制度化的方式，加強(qiáng)安全體系的建設(shè)。同時(shí)，需要注意與安全有關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)。安全問(wèn)題不容忽視，包括基礎(chǔ)設(shè)施安全，應(yīng)用系統(tǒng)安全，數(shù)據(jù)保密安全等。

基礎(chǔ)設(shè)施安全：硬件采購(gòu)，操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境方面的安全。一般采用正規(guī)渠道購(gòu)買(mǎi)高質(zhì)量的產(chǎn)品，選擇安全的操作系統(tǒng)，及時(shí)修補(bǔ)漏洞，安裝殺毒軟件防火墻。防范病毒，后門(mén)。設(shè)置防火墻策略，建立DDOS防御系統(tǒng)，使用攻擊檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行子網(wǎng)隔離等手段。

應(yīng)用系統(tǒng)安全：在程序開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)已知常用問(wèn)題，使用正確的方式，在代碼層面解決掉。防止跨站腳本攻擊（XSS），注入攻擊，跨站請(qǐng)求偽造（CSRF），錯(cuò)誤信息，HTML注釋?zhuān)募蟼?，路徑遍歷等。還可以使用Web應(yīng)用防火墻（比如：ModSecurity），進(jìn)行安全漏洞掃描等措施，加強(qiáng)應(yīng)用級(jí)別的安全。

數(shù)據(jù)保密安全：存儲(chǔ)安全（存儲(chǔ)在可靠的設(shè)備，實(shí)時(shí)，定時(shí)備份），保存安全（重要的信息加密保存，選擇合適的人員復(fù)雜保存和檢測(cè)等），傳輸安全（防止數(shù)據(jù)竊取和數(shù)據(jù)篡改）；

常用的加解密算法（單項(xiàng)散列加密[MD5、SHA]，對(duì)稱(chēng)加密[DES、3DES、RC]），非對(duì)稱(chēng)加密[RSA]等。

9、敏捷性

網(wǎng)站的架構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)維管理要適應(yīng)變化，提供高伸縮性，高擴(kuò)展性。方便的應(yīng)對(duì)快速的業(yè)務(wù)發(fā)展，突增高流量訪問(wèn)等要求。

除上面介紹的架構(gòu)要素外，還需要引入敏捷管理，敏捷開(kāi)發(fā)的思想。使業(yè)務(wù)，產(chǎn)品，技術(shù)，運(yùn)維統(tǒng)一起來(lái)，隨需應(yīng)變，快速響應(yīng)。

10、大型架構(gòu)舉例

以上采用七層邏輯架構(gòu)，第一層客戶(hù)層，第二層前端優(yōu)化層，第三層應(yīng)用層，第四層服務(wù)層，第五層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，第六層大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，第七層大數(shù)據(jù)處理層。

客戶(hù)層：支持PC瀏覽器和手機(jī)APP。差別是手機(jī)APP可以直接通過(guò)IP訪問(wèn)，反向代理服務(wù)器。

前端層：使用DNS負(fù)載均衡，CDN本地加速以及反向代理服務(wù)；

應(yīng)用層：網(wǎng)站應(yīng)用集群；按照業(yè)務(wù)進(jìn)行垂直拆分，比如商品應(yīng)用，會(huì)員中心等；

服務(wù)層：提供公用服務(wù)，比如用戶(hù)服務(wù)，訂單服務(wù)，支付服務(wù)等；

數(shù)據(jù)層：支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)集群（支持讀寫(xiě)分離），NOSQL集群，分布式文件系統(tǒng)集群；以及分布式Cache；

大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：支持應(yīng)用層和服務(wù)層的日志數(shù)據(jù)收集，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和NOSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)收集；

大數(shù)據(jù)處理層：通過(guò)Mapreduce進(jìn)行離線數(shù)據(jù)分析或Storm實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，并將處理后的數(shù)據(jù)存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。（實(shí)際使用中，離線數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)按照業(yè)務(wù)要求進(jìn)行分類(lèi)處理，并存入不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中，供應(yīng)用層或服務(wù)層使用）。

大型電商網(wǎng)站系統(tǒng)架構(gòu)演變過(guò)程

一個(gè)成熟的大型網(wǎng)站（如淘寶、天貓、騰訊等）的系統(tǒng)架構(gòu)并不是一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就具備完整的高性能、高可用、高伸縮等特性的，它是隨著用戶(hù)量的增加，業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)展逐漸演變完善的，在這個(gè)過(guò)程中，電子商務(wù)網(wǎng)站開(kāi)發(fā)模式、技術(shù)架構(gòu)、設(shè)計(jì)思想也發(fā)生了很大的變化，就連技術(shù)人員也從幾個(gè)人發(fā)展到一個(gè)部門(mén)甚至一條產(chǎn)品線。

所以成熟的系統(tǒng)架構(gòu)是隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展而逐步完善的，并不是一蹴而就；不同業(yè)務(wù)特征的系統(tǒng)，會(huì)有各自的側(cè)重點(diǎn)，例如淘寶，要解決海量的商品信息的搜索、下單、支付；例如騰訊，要解決數(shù)億用戶(hù)的實(shí)時(shí)消息傳輸；百度它要處理海量的搜索請(qǐng)求。

他們都有各自的業(yè)務(wù)特性，系統(tǒng)架構(gòu)也有所不同。盡管如此我們也可以從這些不同的網(wǎng)站背景中，找出其中共用的技術(shù)，這些技術(shù)和手段廣泛運(yùn)用在大型網(wǎng)站系統(tǒng)的架構(gòu)中，下面就通過(guò)介紹大型網(wǎng)站系統(tǒng)的演化過(guò)程，來(lái)認(rèn)識(shí)這些技術(shù)和手段。

最開(kāi)始的網(wǎng)站架構(gòu)

1、最初的架構(gòu)，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件都部署在一臺(tái)服務(wù)器上，如圖：

2、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、文件分離

隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，一臺(tái)服務(wù)器已經(jīng)不能滿(mǎn)足性能需求，故將應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件各自部署在獨(dú)立的服務(wù)器上，并且根據(jù)服務(wù)器的用途配置不同的硬件，達(dá)到最佳的性能效果。

3、利用緩存改善網(wǎng)站性能

在硬件優(yōu)化性能的同時(shí)，同時(shí)也通過(guò)軟件進(jìn)行性能優(yōu)化，在大部分的網(wǎng)站系統(tǒng)中，都會(huì)利用緩存技術(shù)改善系統(tǒng)的性能，使用緩存主要源于熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的存在，大部分網(wǎng)站訪問(wèn)都遵循28原則（即80%的訪問(wèn)請(qǐng)求，最終落在20%的數(shù)據(jù)上），所以我們可以對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，減少這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)路徑，提高用戶(hù)體驗(yàn)。

緩存實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的方式是本地緩存、分布式緩存。當(dāng)然還有CDN、反向代理等，這個(gè)后面再講。本地緩存，顧名思義是將數(shù)據(jù)緩存在應(yīng)用服務(wù)器本地，可以存在內(nèi)存中，也可以存在文件，OSCache就是常用的本地緩存組件。本地緩存的特點(diǎn)是速度快，但因?yàn)楸镜乜臻g有限所以緩存數(shù)據(jù)量也有限。分布式緩存的特點(diǎn)是，可以緩存海量的數(shù)據(jù)，并且擴(kuò)展非常容易，在門(mén)戶(hù)類(lèi)網(wǎng)站中常常被使用，速度按理沒(méi)有本地緩存快，常用的分布式緩存是Memcached、Redis。

4、使用集群改善應(yīng)用服務(wù)器性能

應(yīng)用服務(wù)器作為網(wǎng)站的入口，會(huì)承擔(dān)大量的請(qǐng)求，我們往往通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器集群來(lái)分擔(dān)請(qǐng)求數(shù)。應(yīng)用服務(wù)器前面部署負(fù)載均衡服務(wù)器調(diào)度用戶(hù)請(qǐng)求，根據(jù)分發(fā)策略將請(qǐng)求分發(fā)到多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。

常用的負(fù)載均衡技術(shù)硬件的有F5，價(jià)格比較貴，軟件的有LVS、Nginx、HAProxy。LVS是四層負(fù)載均衡，根據(jù)目標(biāo)地址和端口選擇內(nèi)部服務(wù)器，Nginx和HAProxy是七層負(fù)載均衡，可以根據(jù)報(bào)文內(nèi)容選擇內(nèi)部服務(wù)器，因此LVS分發(fā)路徑優(yōu)于Nginx和HAProxy，性能要高些，而Nginx和HAProxy則更具配置性，如可以用來(lái)做動(dòng)靜分離（根據(jù)請(qǐng)求報(bào)文特征，選擇靜態(tài)資源服務(wù)器還是應(yīng)用服務(wù)器）。

5、數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離和分庫(kù)分表

隨著用戶(hù)量的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)成為最大的瓶頸，改善數(shù)據(jù)庫(kù)性能常用的手段是進(jìn)行讀寫(xiě)分離以及分庫(kù)分表，讀寫(xiě)分離顧名思義就是將數(shù)據(jù)庫(kù)分為讀庫(kù)和寫(xiě)庫(kù)，通過(guò)主備功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。分庫(kù)分表則分為水平切分和垂直切分，水平切分則是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)特大的表進(jìn)行拆分，例如用戶(hù)表。垂直切分則是根據(jù)業(yè)務(wù)的不同來(lái)切分，如用戶(hù)業(yè)務(wù)、商品業(yè)務(wù)相關(guān)的表放在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

6、使用CDN和反向代理提高網(wǎng)站性能

假如我們的服務(wù)器都部署在成都的機(jī)房，對(duì)于四川的用戶(hù)來(lái)說(shuō)訪問(wèn)是較快的，而對(duì)于北京的用戶(hù)訪問(wèn)是較慢的，這是由于四川和北京分別屬于電信和聯(lián)通的不同發(fā)達(dá)地區(qū)，北京用戶(hù)訪問(wèn)需要通過(guò)互聯(lián)路由器經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的路徑才能訪問(wèn)到成都的服務(wù)器，返回路徑也一樣，所以數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間比較長(zhǎng)。對(duì)于這種情況，常常使用CDN解決，CDN將數(shù)據(jù)內(nèi)容緩存到運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房，用戶(hù)訪問(wèn)時(shí)先從最近的運(yùn)營(yíng)商獲取數(shù)據(jù)，這樣大大減少了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的路徑。比較專(zhuān)業(yè)的CDN運(yùn)營(yíng)商有藍(lán)汛、網(wǎng)宿。

而反向代理，則是部署在網(wǎng)站的機(jī)房，當(dāng)用戶(hù)請(qǐng)求達(dá)到時(shí)首先訪問(wèn)反向代理服務(wù)器，反向代理服務(wù)器將緩存的數(shù)據(jù)返回給用戶(hù)，如果沒(méi)有緩存數(shù)據(jù)才會(huì)繼續(xù)訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器獲取，這樣做減少了獲取數(shù)據(jù)的成本。反向代理有Squid、Nginx。

7、使用分布式文件系統(tǒng)

用戶(hù)一天天增加，業(yè)務(wù)量越來(lái)越大，產(chǎn)生的文件越來(lái)越多，單臺(tái)的文件服務(wù)器已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，這時(shí)就需要分布式文件系統(tǒng)的支撐。常用的分布式文件系統(tǒng)有GFS、HDFS、TFS。

8、使用NoSQL和搜索引擎

對(duì)于海量數(shù)據(jù)的查詢(xún)和分析，我們使用NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)加上搜索引擎可以達(dá)到更好的性能。并不是所有的數(shù)據(jù)都要放在關(guān)系型數(shù)據(jù)中。常用的NoSQL有MongoDB、HBase、Redis，搜索引擎有Lucene、Solr、Elasticsearch。

9、將應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行業(yè)務(wù)拆分

隨著業(yè)務(wù)進(jìn)一步擴(kuò)展，應(yīng)用程序變得非常臃腫，這時(shí)我們需要將應(yīng)用程序進(jìn)行業(yè)務(wù)拆分，如百度分為新聞、網(wǎng)頁(yè)、圖片等業(yè)務(wù)。每個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)責(zé)相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)運(yùn)作。業(yè)務(wù)之間通過(guò)消息進(jìn)行通信或者共享數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

10、搭建分布式服務(wù)

這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用都會(huì)使用到一些基本的業(yè)務(wù)服務(wù)，例如用戶(hù)服務(wù)、訂單服務(wù)、支付服務(wù)、安全服務(wù)，這些服務(wù)是支撐各業(yè)務(wù)應(yīng)用的基本要素。我們將這些服務(wù)抽取出來(lái)利用分部式服務(wù)框架搭建分布式服務(wù)。阿里的Dubbo是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

數(shù)商云全鏈數(shù)字化產(chǎn)品解決方案， 實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上中下游資源整合管理

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