架构高可用高并发系统的设计原则 |

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2024年12月17日20:51:45

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摘要

本文史学习开涛《亿级流量网站架构核心技术》一书学习笔记及自己的感悟：架构设计之高可用高并发系统设计原则，架构设计包括墨菲定律、康威定律和二八定律三大定律，而系统设计包括高并发原则、高可用和业务设计原则等。

架构设计三大定律

墨菲定律 – 任何事没有表面看起来那么简单 – 所有的事都会比预计的时间长 – 可能出错的事情总会出错 – 担心某种事情发生，那么它就更有可能发生

康威定律 – 系统架构师公司组织架构的反映 – 按照业务闭环进行系统拆分/组织架构划分，实现闭环、高内聚、低耦合，减少沟通成本 – 如果沟通出现问题，应该考虑进行系统和组织架构的调整 – 适合时机进行系统拆分，不要一开始就吧系统、服务拆分拆的非常细，虽然闭环，但是每个人维护的系统多，维护成本高 – 微服务架构的理论基础 – 康威定律 https://yq.aliyun.com/articles/8611 – 每个架构师都应该研究下康威定律 http://36kr.com/p/5042735.html

二八定律 – 80%的结果取决于20%的原因

系统设计遵循的原则

1.高并发原则

无状态

无状态应用，便于水平扩展
有状态配置可通过配置中心实现无状态
实践: Disconf、Yaconf、Zookpeer、Consul、Confd、Diamond、Xdiamond等

拆分

系统维度：按照系统功能、业务拆分，如购物车，结算，订单等
功能维度：对系统功能在做细粒度拆分
读写维度：根据读写比例特征拆分；读多，可考虑多级缓存；写多，可考虑分库分表
AOP维度：根据访问特征，按照AOP进行拆分，比如商品详情页可分为CDN、页面渲染系统，CDN就是一个AOP系统
模块维度：对整体代码结构划分Web、Service、DAO

服务化

服务化演进: 进程内服务-单机远程服务-集群手动注册服务-自动注册和发现服务-服务的分组、隔离、路由-服务治理
考虑服务分组、隔离、限流、黑白名单、超时、重试机制、路由、故障补偿等
实践：利用Nginx、HaProxy、LVS等实现负载均衡，ZooKeeper、Consul等实现自动注册和发现服

消息队列

目的: 服务解耦(一对多消费)、异步处理、流量削峰缓冲等
大流量缓冲：牺牲强一致性，保证最终一致性(案例：库存扣减，现在Redis中做扣减，记录扣减日志，通过后台进程将扣减日志应用到DB)
数据校对: 解决异步消息机制下消息丢失问题

数据异构

数据异构: 通过消息队列机制接收数据变更，原子化存储
数据闭环: 屏蔽多从数据来源，将数据异构存储，形成闭环

缓存银弹

用户层:
- DNS缓存
- 浏览器DNS缓存
- 操作系统DNS缓存
- 本地DNS服务商缓存
- DNS服务器缓存
- 客户端缓存
- 浏览器缓存(Expires、Cache-Control、Last-Modified、Etag)
- App客户缓存(js/css/image…)
代理层：
- CDN缓存(一般基于ATS、Varnish、Nginx、Squid等构建,边缘节点-二级节点-中心节点-源站)
接入层：
- Opcache：缓存PHP的Opcodes
- Proxy_cache：代理缓存,可以存储到/dev/shm或者SSD
- FastCGI Cache
- Nginx+Lua+Redis: 业务数据缓存
- Nginx为例：
- PHP为例：
应用层：
- 页面静态化
- 业务数据缓存(Redis/Memcached/本地文件等)
- 消息队列
数据层：
- NoSQL： Redis、Memcache、SSDB等
- MySQL： Innodb/MyISAM等Query Cache、Key Cache、Innodb Buffer Size等
系统层：
- CPU : L1/L2/L3 Cache/NUMA
- 内存
- 磁盘：磁盘本身缓存、dirtyratio/dirtybackground_ratio、阵列卡本身缓存