從架構(gòu)設(shè)計(jì)上來說，高可擴(kuò)展性是一個(gè)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，它表示可以通過增加機(jī)器的方式來線性提高系統(tǒng)的處理能力，從而承擔(dān)更高的流量和并發(fā)。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

你可能會(huì)問："在架構(gòu)設(shè)計(jì)之初，為什么不預(yù)先考慮好使用多少臺(tái)機(jī)器，支持現(xiàn)有的并發(fā)呢？" 答案是峰值的流量不可控。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

通常情況下，在業(yè)務(wù)平穩(wěn)期，我們會(huì)預(yù)留30%至50%的冗余資源，以處理運(yùn)營(yíng)活動(dòng)或推廣可能引發(fā)的峰值流量。然而，當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，流量可能會(huì)瞬間增加到2至3倍甚至更高的水平。以微博為例，這種情況是很常見的。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

當(dāng)出現(xiàn)鹿晗和關(guān)曉彤互相確認(rèn)戀情等突發(fā)事件時(shí)，微博的流量會(huì)迅速增加，導(dǎo)致信息流無法及時(shí)刷新。在這種情況下，我們需要迅速應(yīng)對(duì)流量激增，最快的方法是增加服務(wù)器。然而，需要確保增加了三倍的服務(wù)器后，系統(tǒng)能夠支持三倍的流量。有人可能會(huì)覺得這很明顯，但實(shí)際上，這個(gè)過程中存在一些挑戰(zhàn)。讓我們看看這些挑戰(zhàn)是什么。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為什么提升擴(kuò)展性會(huì)很復(fù)雜

增加處理核心是提高系統(tǒng)并行處理能力的一種方法，但它并不總是有效的。當(dāng)任務(wù)并行數(shù)增加時(shí)，系統(tǒng)可能因?yàn)橘Y源爭(zhēng)用而性能下降，達(dá)到一個(gè)拐點(diǎn)。這不僅適用于單機(jī)系統(tǒng)，也適用于由多臺(tái)機(jī)器組成的集群系統(tǒng)。集群系統(tǒng)中，不同的層次可能存在一些限制系統(tǒng)橫向擴(kuò)展的“瓶頸點(diǎn)”。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

讓我通過一個(gè)例子來解釋這個(gè)概念。假設(shè)系統(tǒng)的每秒請(qǐng)求量是1000次，與數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求量相同。如果流量增加了10倍，系統(tǒng)可以通過擴(kuò)容來滿足需求，但數(shù)據(jù)庫(kù)可能成為瓶頸。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

再舉一個(gè)例子，單臺(tái)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬是50Mbps，如果擴(kuò)展到30臺(tái)服務(wù)器，前端負(fù)載均衡的帶寬將超過千兆帶寬的限制，也成為瓶頸。那么，系統(tǒng)中有哪些服務(wù)可能會(huì)成為限制系統(tǒng)擴(kuò)展的關(guān)鍵因素呢？無狀態(tài)的服務(wù)和組件更容易擴(kuò)展，而像MySQL這樣的有狀態(tài)存儲(chǔ)服務(wù)則難以擴(kuò)展。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這是因?yàn)樵谙虼鎯?chǔ)集群中添加或刪除服務(wù)器時(shí)，涉及大量數(shù)據(jù)遷移，而傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通常不支持這種操作。這是提高系統(tǒng)擴(kuò)展性復(fù)雜性的主要原因之一。此外，從示例中可以看出，我們需要從整體架構(gòu)的角度考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性，而不僅僅是業(yè)務(wù)服務(wù)器的角度。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存、第三方依賴、負(fù)載均衡、網(wǎng)絡(luò)帶寬等都是需要考慮的因素。我們需要了解系統(tǒng)達(dá)到一定并發(fā)水平后，哪些因素將成為瓶頸，然后有針對(duì)性地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

針對(duì)這些復(fù)雜的擴(kuò)展性問題，我提煉了一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

高可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)思路

拆分是提高系統(tǒng)擴(kuò)展性的關(guān)鍵策略，它將復(fù)雜的系統(tǒng)分解成獨(dú)立的、具有單一職責(zé)的模塊。與處理整個(gè)大系統(tǒng)相比，考慮如何擴(kuò)展每個(gè)小模塊顯然更加簡(jiǎn)單。我們的方法是將復(fù)雜的問題分解為簡(jiǎn)單的部分。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在不同類型的模塊拆分方面，我們需要遵循不同的原則。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果你要設(shè)計(jì)一個(gè)社區(qū)，可能會(huì)有以下5個(gè)模塊：用戶、關(guān)系、內(nèi)容、評(píng)論/贊、搜索。通常，這些模塊都會(huì)使用最簡(jiǎn)單的三層部署架構(gòu)，其中負(fù)載均衡用于請(qǐng)求分發(fā)，應(yīng)用服務(wù)器用于處理業(yè)務(wù)邏輯，數(shù)據(jù)庫(kù)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。然而，問題是所有這些模塊的業(yè)務(wù)代碼都混合在一起，數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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1. 存儲(chǔ)層的擴(kuò)展性

不同的業(yè)務(wù)模塊之間的數(shù)據(jù)量和并發(fā)訪問量可能差異很大。以一個(gè)成熟的社區(qū)系統(tǒng)為例，關(guān)系模塊的數(shù)據(jù)量可能遠(yuǎn)大于用戶數(shù)據(jù)，但用戶數(shù)據(jù)的訪問量卻更高。因此，如果存儲(chǔ)容量成為瓶頸，我們可以選擇僅拆分關(guān)系模塊的數(shù)據(jù)，而不必拆分用戶模塊的數(shù)據(jù)。這種存儲(chǔ)拆分是基于業(yè)務(wù)維度的，將系統(tǒng)拆分為用戶庫(kù)、內(nèi)容庫(kù)、評(píng)論庫(kù)、點(diǎn)贊庫(kù)和關(guān)系庫(kù)等，從而隔離了故障。如果其中一個(gè)庫(kù)出現(xiàn)問題，不會(huì)影響其他數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

拆分之后，這個(gè)簡(jiǎn)單的社區(qū)系統(tǒng)就有了用戶庫(kù)、內(nèi)容庫(kù)、評(píng)論庫(kù)、點(diǎn)贊庫(kù)和關(guān)系庫(kù)。這么做還能隔離故障，某一個(gè)庫(kù)“掛了”不會(huì)影響到其它的數(shù)據(jù)庫(kù)。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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按照業(yè)務(wù)拆分雖然在一定程度上提升了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，但隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，單一的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)可能會(huì)面臨容量和并發(fā)請(qǐng)求量超過單機(jī)限制的問題。在這種情況下，我們需要考慮對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行第二次拆分。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這次的拆分是基于數(shù)據(jù)特征進(jìn)行水平拆分的。例如，我們可以向用戶庫(kù)添加兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后使用特定的算法將用戶數(shù)據(jù)分布到這三個(gè)庫(kù)中。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

水平拆分后，數(shù)據(jù)庫(kù)就可以突破單機(jī)的限制。但需要注意的是，不應(yīng)隨意增加節(jié)點(diǎn)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的增加涉及到數(shù)據(jù)的手動(dòng)遷移，會(huì)增加成本。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，最好一次性增加足夠數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，以避免頻繁擴(kuò)容。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

此外，在數(shù)據(jù)庫(kù)按照業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)維度進(jìn)行拆分后，應(yīng)盡量避免使用事務(wù)。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)事務(wù)涉及同時(shí)更新不同的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要使用二階段提交來協(xié)調(diào)，這會(huì)隨著資源擴(kuò)展而導(dǎo)致協(xié)調(diào)成本不斷增加，最終可能無法承受。接下來，我們將討論業(yè)務(wù)層如何實(shí)現(xiàn)易于擴(kuò)展。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2. 業(yè)務(wù)層的擴(kuò)展性

我們一般會(huì)從三個(gè)維度考慮業(yè)務(wù)層的拆分方案，它們分別是：業(yè)務(wù)維度，重要性維度和請(qǐng)求來源維度。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

首先，我們需要把相同業(yè)務(wù)的服務(wù)拆分成單獨(dú)的業(yè)務(wù)池，比方說上面的社區(qū)系統(tǒng)中，我們可以按照業(yè)務(wù)的維度拆分成用戶池、內(nèi)容池、關(guān)系池、評(píng)論池、點(diǎn)贊池和搜索池。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

每個(gè)業(yè)務(wù)依賴獨(dú)自的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，不會(huì)依賴其它業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源。這樣當(dāng)某一個(gè)業(yè)務(wù)的接口成為瓶頸時(shí)，我們只需要擴(kuò)展業(yè)務(wù)的池子，以及確認(rèn)上下游的依賴方就可以了，這樣就大大減少了擴(kuò)容的復(fù)雜度。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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此外，我們還可以根據(jù)業(yè)務(wù)接口的重要性，將業(yè)務(wù)劃分為核心池和非核心池。以關(guān)系池為例，關(guān)注和取消關(guān)注接口可能相對(duì)重要，因此它們可以放入核心池。而拉黑和取消拉黑等操作可能不那么重要，可以放入非核心池。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這種方法允許我們首先確保核心池的性能。當(dāng)整體流量增加時(shí)，我們可以首先擴(kuò)容核心池，并對(duì)一些非核心池的接口進(jìn)行降級(jí)，以確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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最后，你還可以根據(jù)接入客戶端類型的不同做業(yè)務(wù)池的拆分。比如說，服務(wù)于客戶端接口的業(yè)務(wù)可以定義為外網(wǎng)池，服務(wù)于小程序或者 HTML5 頁(yè)面的業(yè)務(wù)可以定義為 H5 池，服務(wù)于內(nèi)部其它部門的業(yè)務(wù)可以定義為內(nèi)網(wǎng)池，等等。qYF28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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