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架构高可用高并发系统的设计原则

导读 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

并发化

2. 高可用原则

降级

  • 降级开关集中化管理:将开关配置信息推送到各个应用
  • 可降级的多级读服务:如服务调用降级为只读本地缓存
  • 开关前置化:如 Nginx+lua(OpenResty) 配置降级策略,引流流量;可基于此做灰度策略
  • 业务降级:高并发下,保证核心功能,次要功能可由同步改为异步策略或屏蔽功能

限流

  • 目的: 防止恶意请求攻击或超出系统峰值
  • 实践:
    • 恶意请求流量只访问到 Cache
    • 穿透后端应用的流量使用 Nginx 的 limit 处理
    • 恶意 IP 使用 Nginx Deny 策略或者 iptables 拒绝

切流量

  • 目的:屏蔽故障机器
  • 实践:
    • DNS: 更改域名解析入口,如 DNSPOD 可以添加备用 IP,正常 IP 故障时,会自主切换到备用地址; 生效实践较慢
    • HttpDNS: 为了绕过运营商 LocalDNS 实现的精准流量调度
    • LVS/HaProxy/Nginx: 摘除故障节点

可回滚

  • 发布版本失败时可随时快速回退到上一个稳定版本
3. 业务设计原则
  • 防重设计
  • 幂等设计
  • 流程定义
  • 状态与状态机
  • 后台系统操作可反馈
  • 后台系统审批化
  • 文档注释
  • 备份
4. 总结

先行规划和设计时有必要的,要对现有问题有方案,对未来有预案; 欠下的技术债,迟早都是要还的。

本文作者为网易高级运维工程师

文章来自微信公众号:云技术实践

原文地址: http://www.linuxprobe.com/availability-concurrency-system.html编辑员:华世发,审核员:逄增宝

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