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一、什麼是高併發

高併發(High Concurrency)是網際網路分散式系統架構設計中必須考慮的因素之一,它通常是指,通過設計保證系統能夠同時並行處理很多請求。

高併發相關常用的一些指標有響應時間(Response Time),吞吐量(Throughput),每秒查詢率QPS(Query Per Second),併發使用者數等。

響應時間:系統對請求做出響應的時間。例如系統處理一個HTTP請求需要200ms,這個200ms就是系統的響應時間。

吞吐量:單位時間內處理的請求數量。

QPS:每秒響應請求數。在網際網路領域,這個指標和吞吐量區分的沒有這麼明顯。

併發使用者數:同時承載正常使用系統功能的使用者數量。例如一個即時通訊系統,同時線上量一定程度上代表了系統的併發使用者數。

Dubbo、Redis、設計模式、Netty、zookeeper、Spring cloud、分散式、

高併發等架構技術

資料獲取方式:

二、如何提升系統的併發能力

網際網路分散式架構設計,提高系統併發能力的方式,方法論上主要有兩種:垂直擴充套件(Scale Up)與水平擴充套件(Scale Out)。

三、常見的網際網路分層架構

常見網際網路分散式架構如上,分為:

(1)客戶端層:典型呼叫方是瀏覽器browser或者手機應用APP

(2)反向代理層:系統入口,反向代理

(3)站點應用層:實現核心應用邏輯,返回html或者json

(4)服務層:如果實現了服務化,就有這一層

(5)資料-快取層:快取加速訪問儲存

(6)資料-資料庫層:資料庫固化資料儲存

整個系統各層次的水平擴充套件,又分別是如何實施的呢?

四、分層水平擴充套件架構實踐

反向代理層的水平擴充套件

反向代理層的水平擴充套件,是通過“DNS輪詢”實現的:dns-server對於一個域名配置了多個解析ip,每次DNS解析請求來訪問dns-server,會輪詢返回這些ip。

當nginx成為瓶頸的時候,只要增加伺服器數量,新增nginx服務的部署,增加一個外網ip,就能擴充套件反向代理層的效能,做到理論上的無限高併發。

站點層的水平擴充套件

站點層的水平擴充套件,是通過“nginx”實現的。通過修改nginx.conf,可以設定多個web後端。

當web後端成為瓶頸的時候,只要增加伺服器數量,新增web服務的部署,在nginx配置中配置上新的web後端,就能擴充套件站點層的效能,做到理論上的無限高併發。

服務層的水平擴充套件

服務層的水平擴充套件,是通過“服務連線池”實現的。

站點層通過RPC-client呼叫下游的服務層RPC-server時,RPC-client中的連線池會建立與下游服務多個連線,當服務成為瓶頸的時候,只要增加伺服器數量,新增服務部署,在RPC-client處建立新的下游服務連線,就能擴充套件服務層效能,做到理論上的無限高併發。如果需要優雅的進行服務層自動擴容,這裡可能需要配置中心裡服務自動發現功能的支援。

資料層的水平擴充套件

在資料量很大的情況下,資料層(快取,資料庫)涉及資料的水平擴充套件,將原本儲存在一臺伺服器上的資料(快取,資料庫)水平拆分到不同伺服器上去,以達到擴充系統性能的目的。

網際網路資料層常見的水平拆分方式有這麼幾種,以資料庫為例:

按照範圍水平拆分

每一個數據服務,儲存一定範圍的資料,上圖為例:

user0庫,儲存uid範圍1-1kw

user1庫,儲存uid範圍1kw-2kw

這個方案的好處是:

(1)規則簡單,service只需判斷一下uid範圍就能路由到對應的儲存服務;

(2)資料均衡性較好;

(3)比較容易擴充套件,可以隨時加一個uid[2kw,3kw]的資料服務;

不足是:

(1) 請求的負載不一定均衡,一般來說,新註冊的使用者會比老使用者更活躍,大range的服務請求壓力會更大;

按照雜湊水平拆分

每一個數據庫,儲存某個key值hash後的部分資料,上圖為例:

user0庫,儲存偶數uid資料

user1庫,儲存奇數uid資料

這個方案的好處是:

(1)規則簡單,service只需對uid進行hash能路由到對應的儲存服務;

(2)資料均衡性較好;

(3)請求均勻性較好;

不足是:

(1)不容易擴充套件,擴充套件一個數據服務,hash方法改變時候,可能需要進行資料遷移;

這裡需要注意的是,通過水平拆分來擴充系統性能,與主從同步讀寫分離來擴充資料庫效能的方式有本質的不同。

通過水平拆分擴充套件資料庫效能:

(1)每個伺服器上儲存的資料量是總量的1/n,所以單機的效能也會有提升;

(2)n個伺服器上的資料沒有交集,那個伺服器上資料的並集是資料的全集;

(3)資料水平拆分到了n個伺服器上,理論上讀效能擴充了n倍,寫效能也擴充了n倍(其實遠不止n倍,因為單機的資料量變為了原來的1/n);

通過主從同步讀寫分離擴充套件資料庫效能:

(1)每個伺服器上儲存的資料量是和總量相同;

(2)n個伺服器上的資料都一樣,都是全集;

(3)理論上讀效能擴充了n倍,寫仍然是單點,寫效能不變;

快取層的水平拆分和資料庫層的水平拆分類似,也是以範圍拆分和雜湊拆分的方式居多,就不再展開。

五、總結

高併發(High Concurrency)是網際網路分散式系統架構設計中必須考慮的因素之一,它通常是指,通過設計保證系統能夠同時並行處理很多請求。

提高系統併發能力的方式,方法論上主要有兩種:垂直擴充套件(Scale Up)與水平擴充套件(Scale Out)。前者垂直擴充套件可以通過提升單機硬體效能,或者提升單機架構效能,來提高併發性,但單機效能總是有極限的,網際網路分散式架構設計高併發終極解決方案還是後者:水平擴充套件。

網際網路分層架構中,各層次水平擴充套件的實踐又有所不同:

(1)反向代理層可以通過“DNS輪詢”的方式來進行水平擴充套件;

(2)站點層可以通過nginx來進行水平擴充套件;

(3)服務層可以通過服務連線池來進行水平擴充套件;

(4)資料庫可以按照資料範圍,或者資料雜湊的方式來進行水平擴充套件;

各層實施水平擴充套件後,能夠通過增加伺服器數量的方式來提升系統的效能,做到理論上的效能無限。

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