大型网站技术架构（一）：大型网站架构演化

大型网站软件体系系统的特点

• 高并发，大流量
• 高可用：系统7*24小时不间断服务
• 海量数据：需要存储、管理海量数据，需要使用大量服务器
• 用户分布广泛，网络情况复杂：许多大型互联网都是为全球用户提供服务的；在国内，各个运营商网络互通难；一些对国外用户依赖较大的网站，需要在海外建立数据中心
• 安全环境恶劣
• 需求快速变更，发布频繁
• 渐进式发展：几乎所有的大型互联网站都是从一个小网站开始，渐进地发展起来

大型网站架构演化发展历程

初始阶段的网站架构

• 应用程序、数据库、文件等所有资源都在一台服务器上。

应用服务和数据服务分离

• 多用户访问导致性能变差，大量数据导致存储空间不足，这时需要将应用和程序分离。
• 应用和数据分离后整个网站使用三台服务器：应用服务器、文件服务器和数据库服务器。
• 应用服务器需要处理大量的业务逻辑，需要更快更强的CPU。
• 数据库服务器需要快速磁盘检索和数据缓存，需要更快的硬盘和更大的内存。
• 文件服务器需要存储大量用户上传的文件，需要更大的硬盘。
• 缺点：数据库压力太大导致访问延迟

使用缓存改善网站性能

• 二八定律：80%的业务访问集中在20%的数据上。
• 网站使用的缓存可以分为两种：缓存在应用服务器上的本地缓存和缓存在专门的分布式缓存服务器上的远程缓存。
• 本地缓存的访问速度更快一些，但是受应用服务器内存限制，其缓存数据量有限，而且会出现和应用程序争用内存的情况。
• 远程分布式缓存可以使用集群的方式，部署大内存的服务器作为专门的缓存服务器，可以在理论上做到不受内存容量限制的缓存服务。
• 缺点：单一应用服务器能够处理的请求连接有限，在网站访问高峰期，应用服务器称为整个网站的瓶颈。

使用应用服务器集群改善网站的并发处理能力

• 使用集群是网站解决高并发、海量数据问题的常用手段。
• 只要能通过增加一台服务器的方式改善负载压力，就可以以同样的方式持续增加服务器不断改善系统性能，从而实现系统的可伸缩性。
• 应用服务器实现集群是网站可伸缩集群架构设计中较为简单成熟的一种。
• 通过负载均衡调度服务器，可将来自用户浏览器的访问请求分发到应用服务器集群中的任何一台服务器上，如果有更多用户，就在集群中加入更多的应用服务器，使应用服务器的负载压力不再成为整个网站的瓶颈。

数据库读写分离

• 网站在使用缓存后，使绝大部分数据读操作访问都可以不通过数据库就能完成，但是仍有一部分读操作（缓存访问不命中、缓存过期）和全部的写操作需要访问数据库，在网站的用户达到一定规模后，数据库因为负载压力过高而成为网站的瓶颈。
• 目前大部分的主流数据库都是提供主从热备功能，通过配置两台数据库主从关系，可以将一台数据库服务器的数据更新同步到另一台服务器。网站利用数据库的这一功能，实现数据库读写分离，从而改善数据库负载压力。
• 应用服务器在写数据的时候，访问主数据库，主数据库通过主从复制机制将数据更新同步到从数据库，这样当应用服务器读数据的时候，就可以通过从数据库获得数据。
• 为了便于应用程序访问分离后的数据库，通常在应用服务器端使用专门的数据访问模块，使数据库读写分离对应用透明。

使用反向代理和CDN加速网站响应

• 有研究表明，网站访问延迟和用户流失率正相关，网站访问越慢，用户越容易失去耐心而离开。
• 加速网站访问速度的主要手段有使用CDN和反向代理。
• CDN和反向代理的基本原理都是缓存。
• CDN部署在网络提供商的机房，使用户在请求网站服务时，可以从举例自己最近的网络提供商机房获取数据。
• 反向代理部署在网站的中心机房，当用户请求到达中心机房后，首先访问的服务器是反向代理服务器，如果反向代理服务器中缓存着用户请求的资源，就将其直接返回给用户。
• 使用CDN和反向代理的目的都是尽早返回数据给用户，一方面加快用户访问速度，另一方面也减轻后端服务器的负载压力。

使用分布式文件系统和分布式数据库系统

• 分布式数据库是网站数据库拆分的最后手段，只有在单表数据规模非常庞大的时候才使用。
• 网站常使用的数据库拆分手段是业务分库，将不同业务的数据库部署在不同的物理服务器上。

使用NoSQL和搜索引擎

• 网站需要采用一些非关系数据库技术如NoSQL和非数据库查询技术如搜索引擎来解决数据存储和检索的需求。
• NoSQL和搜索引擎对可伸缩的分布式特性具有更好的支持。
• 应用服务器通过一个统一数据访问模块访问各种数据，减轻应用程序管理诸多数据源的麻烦。

业务拆分

• 大型网站为了应对日益复杂的业务场景，通过使用分而治之的手段将整个网站业务分成不同的产品线，分归不同的业务团队负责。
• 具体到技术上，将一个网站拆分成许多不同的应用，每个应用独立部署维护。应用之间可以通过一个超链接建立关系，也可以通过消息队列进行数据分发，最多的还是通过访问同一个数据存储系统来构成一个关联的完整系统。

分布式服务

• 问题：随着业务拆分越来越小，存储系统越来越庞大，应用系统的整体复杂度呈指数级增加，部署维护越来越困难。由于所有应用要和所有数据库系统连接，在数万台服务器规模的网站中，这些连接的数目是服务器规模的平方，导致数据库接资源不足，拒绝服务。
• 既然每一个应用服务系统都需要执行许多相同的业务操作，比如用户管理、商品管理等，那么可以将这些公用的业务提取出来，独立部署。有这些可复用的业务连接数据库，提供共用服务，而应用系统只需要管理用户界面，通过分布式服务调用共同业务服务完成具体业务操作。

大型网站架构演化的价值观

• 大型网站架构技术的核心价值是随网站所需灵活应对

• 驱动大型网站技术发展的主要力量是网站的业务发展

网站架构设计误区

• 一昧追随大公司的解决方案

• 为了技术而技术

• 企图用技术解决所有问题