服務架構及單點故障導致系統雪崩探討

??????? 很多大型網站都是從小型網站發展而來,一開始的架構都比較簡單,隨著業務復雜和用戶量的激增,才開始做很多架構上的改進。當它還是小型網站的時候,沒有太多訪客,一般來講只需要一臺服務器就夠了,這時應用程序、數據庫、文件等所有資源都在一臺服務器上,具體架構如下圖所示:

?????? 隨著網站業務的發展和用戶量的增加,單臺服務器就無法再滿足需求了。大量用戶訪問導致訪問速度越來越慢,而逐漸增加的數據也會導致存儲空間不足。

這時就需要將應用和數據分離,應用和數據分離后整個網站使用四臺服務器:應用服務器一臺、文件服務器一臺和數據庫服務器二臺、用于做主從同步,使數據讀寫分離,同時可以做災備處理。這四臺服務器對硬件資源的要求各不相同:

應用服務器業務邏輯,需要強大的CPU

數據庫服務器對磁盤讀寫操作很多,需要更快的磁盤和更大的內存

文件服務器存儲用戶上傳的文件,因此需要更大的磁盤空間

具體架構如下圖所示:

??????? 隨著用戶再增加,網站又會一次面臨挑戰:數據庫壓力太大導致整站訪問效率再此下降,用戶體驗受到影響。一個網站,往往 80% 的業務訪問集中在20% 的數據上,既然大部分業務訪問集中在一小部分數據上,那就把這一小部分數據先提前緩存在內存中,而不是每次都去數據庫讀取,這樣就可以減少數據庫的訪問壓力,從而提高整個網站的訪問速度。

具體架構如下圖所示:

?????? 使用緩存后,數據訪問壓力得到了緩解,但是單一應用服務器能夠處理的請求連接有限,在網站訪問高峰期,應用服務器就成了整個網站的效率瓶頸。使用分布式集群是網站解決高并發、海量數據問題的常用手段。當一臺服務器的處理能力和存儲空間不足時,不要嘗試去更換更強大的服務器,對大型網站而言,多么強大的服務器,都滿足不了網站持續增長的業務需求。這種情況下,更恰當的做法是增加一臺服務器分擔原有服務器的訪問及存儲壓力。

具體架構如下圖所示:

隨著網站業務越來越復雜,對數據檢索的需求也越來越復雜,網站需要采用一些搜索引擎,如elasticsearch。

具體架構如下圖所示:

? ? ? 大型網站為了應對日益復雜的業務場景,通過使用分而治之的手段將整個網站業務分成不同的產品線。如大型購物交易網站都會將首頁、商鋪、訂單、買家、賣家等拆分成不同的產品線,分歸不同的業務團隊負責。
? ? ? 具體到技術上,也會根據產品線劃分,將一個網站拆分成許多不同的應用,同時不同的應用也對應不同的數據庫,將之同的大而統的業務數據進行解藕,拆分成多個數據,每個應用獨立部署。應用后臺通過http restful類的接口進行數據的處理,應用前臺可以通過一個超鏈接建立關系(在首頁上的導航鏈接每個都指向不同的應用地址),也可以通過消息隊列進行數據分發,報表類的系統建立獨立數據倉庫,具體架構如下圖所示:

?????? 在上圖的網絡架構,經常會遇到某個應用不可用導致整個系統不可用而出現雪崩,或者緩存服務器出現故障,導致數據庫壓力激增而出現雪崩,面對雪崩的應對策略大致如下:

1. 流量控制;

?????? 流量控制分為網關限流與用戶交互限流,網關限流可以采用nginx進行配置限流,用戶交互限流采用加載動畫,提高用戶的忍耐等待時間或提交按鈕添加強制等待時間機制

2. 改進緩存模式;

????? 同步改為異步刷新

3. 服務自動擴容;

????? AWS的auto scaling

4. 服務調用者降級服務;

????? 對調用服務與被調用的服務進行隔離

? ? ? 我們根據具體業務,將依賴服務分為: 強依賴和若依賴. 強依賴服務不可用會導致當前業務中止,而弱依賴服務的不可用不會導致當前業務的中止.

? ? 不可用服務的調用快速失敗一般通過超時機制來實現

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