如何构建高扩展性网站?

本篇通过阅读《高扩展性网站的50条原则》,总结出以下内容。

一方面博主没有实际的架构经验,另一方面知识面也不够宽阔,所以只能系统的总结书中的要点,并根据自己的理解做些归纳。

主要内容

本书从多个方面围绕高扩展性提出了50条建议,一个高扩展性的网站会随着业务的发展、用户的增加,自由的扩展架构,从而轻松的应付网站的快速发展。下面看看本书的具体内容:

化简方程

1 不要过度的设计

过度的设计相当于给系统增加了复杂度与维护的成本。而这些过度的设计,在正常的使用中,却没有太大的作用。往往是设计者自己认为很重要或者锦上添花的功能,实际用处不大。

2 设计时考虑到扩展性

在设计时要遵循一下的设计原则:设计时考虑20倍的容量,实现时考虑3倍的容量,部署时考虑1.5的容量。一面项目扩大时,临时扩展造成的困难。

3 把方案一简再简

应该遵循帕累托法则,20%的设计做了80%的工作,所以80%的时间,都应该放在这20%的设计上。

一个产品主要的功能其实都集中在几个点上,把这几个点设计好了,其他的都是些附加的功能而已。所以这核心的业务一定要保证足够的简洁易用。

4 减少DNS查询

每个不同的域下的文件,加载时都需要查询DNS。比如cnblogs.com与i.cnblogs.com就属于不同的域。那么在查询DNS的时候,就会查询两次。当业务量很大时,就会造成一定的影响。

5 尽可能减少对象

由于对象在浏览器访问时,需要加载。所以可以考虑减少请求文件的数量(数量与浏览器并发加载数有关),把一些对象尽量的合并。比如图标类的文件,可以合并成一个大的图片。合理的文件数量,会加速浏览器的访问加载。

6 使用同一品牌的网络设备

由于一个http请求,可能通过很多物理设备。比如负载均衡器,交换机,路由器。所以尽量使用同一品牌的设备,会避免一些意外的情况。

分布工作

7 X轴,横向复制

这种事最简单的服务扩充,通过克隆或者复制实现,比如你的应用放在多个服务器上进行服务。常见的比如集群,负载均衡等等,数据库的读写分离。

8 Y轴,拆分不同的东西

大型系统中,拆分不同的功能,比如注册、购买、查询、云盘。等等

9 Z轴,拆分不同的相似的东西

比如按照用户的级别,或者用户的地理位置等等拆分。

横向扩展设计

10 设计横向的扩展方案

扩展包括横向、纵向。横向就是通过复制克隆应用,利用小型机集群扩展。纵向就是提高服务器的硬件以及网络设施。

通过很多的案例都可以发现,单纯的升级硬件实现的纵向扩展,仅仅能解决一点点现实压力。而通过横向的集群扩展,却能够自由的实现伸缩。

11 采用经济型系统

与上面的原则类似,采用高价格的服务器,并不能保证日后的良好性能。应该使用普通的小型机集群扩展。

12 横向扩展数据中心

数据中心有很多的设计方案,比如

热冷站配置:使用热站提供服务,当热站崩溃时,使用冷站继续服务。

推荐使用多个实时站点,成本更低,动态调用。缺点是增加了运维的难度。

13 利用云技术进行设计

云计算的有点就是虚拟化,可以在业务峰值时,弹性的扩充设备。并且在日常处理用,归还该扩展。

缺点是提高了应用于虚拟环境的耦合。后面提到利用物理设备,隔离业务,在虚拟化的云计算中,可能会对业务隔离错误排查造成一定的干扰。

使用正确的工具

14 合理使用数据库

目前有许多的数据库版本,比如传统的关系型数据库Oracle、MySQl,还有比较新的非关系型数据库NoSql,比如MongoDB,以及内存数据库FastDB,还有专门针对SSD固态硬盘的Aerospike等等。

但是到了选型的时候,还是要一句个人的业务需求来定。看你的数据库要求的是速度,还是安全性等等。

15 防火墙,到处都是防火墙

防火墙可以对一些无效的访问进行拦截过滤。通常把一些CSS,静态文件,图片,JS等不采用防火墙,而关键的业务涉及到个人信息时采用。合理的设计防火墙,也会对网站的性能产生一定的影响。

16 积极的利用日志文件

利用各种日志以及工具,实时的监控业务。不仅仅是监控服务器的内存CPU,还应该监控业务上的数据。比如splunk(提供日志的搜集,存储,搜索,图形化展示)。

不要做重复的工作

17 不要立即检查刚做过的工作

比如刚刚写如了数据,不要立即读取。虽然有些客户需要保证数据的完整,不能丢失。但是可以通过日志等记录,写完查这种做法,还是不推荐。

18 停止重定向

重定向会消耗一定的延迟,计算资源。应该尽量避免

19 放松时序约束

大多数的关系型数据库讲究ACID属性,扩展时就造成一定的困扰。因此某些业务适当的放松时序约束,可以提高网站的性能。

比如某站在预定酒店时,用户预定后,会等待酒店的审核。比如某宝,在提款时,进行范围时间的确认。这种就是扩大了时序约束,进而提高网站性能以及事务安全。

积极利用缓存

20 利用CDN

可以利用CDN保存客户的数据和内容。大概的过程是,用户在进行网站访问时,转到CDN的服务器,CDN执行DNS查询,把用户请求分摊到不同的服务器。有很多的CDN服务商提供这种服务。

21 使用过期头

针对不同的对象类型,使用过期头,减少对象请求。常见的HTTP对应属性为:public no-cahe max-age等等

22 缓存Ajax调用

正确修改Http头Last-Modified Cache-Control Expires等属性。

23 利用页面缓存

缓存响应之前的冬天请求,降低web服务器的负载。

24 利用应用缓存

比如针对某些特殊的用户,缓存其请求数据。

25 利用对象缓存

适用于反复查询使用的数据对象。比如一个购物网站,缓存器热销产品数据。

26 把对象缓存放在自己的层上

使用单独的缓层,易于扩展和维护。

从错误中吸取教训

27 积极的学习

一个公司有学习的氛围,才会衍生出更好的产品。学习的内容一方面包括客户的业务知识,一方面来自技术和运维领域。

28 不要依靠QA发现失误

雇佣测试或者质量保证人员,最大的目的是为了检测产品的正确性。它能减少成本,提高开发人员的开发速度,因为开发人员不需要时刻关注代码的正确性,可以交给QA来测试。

但是QA只负责发现问题,如何避免为题还是得依靠开发人员。

29 没有回退的设计是失败的设计

这里的回退,指的是产品发布的回退。如果碰上某些版本的BUG,可能需要交付之前可运行的版本,此时没有回退,就无法交付产品了。

这里推荐学习持续集成的相关内容。

30 讨论失败并从中吸取教训

不应该在同一个问题上失败两次,每次失败多进行总结是不可缺少的。

数据库原则

关系型数据库的ACID属性:

原子性:一个事务要么全执行,要么都不执行,

一致性:事务开始和结束时,所有数据状态要一致,

隔离性:事务的表现,是事务对数据库唯一的操作,

持久性:事务完成,操作不能更改。

31 注意代价高的关系

应该在设计阶段完善的设计表的结构,等开发开始时,在增加某些列,可能会花费很高的代价。

32 使用正确的数据库锁

数据库有很多锁的概念,比如隐式锁、显式锁、行锁、页锁、范围锁、表锁、数据库锁等等。

不合理的使用锁,会影响网站的吞吐量。

33 不要使用多阶段提交

比如两阶段提交:先表决,在提交。这回降低扩展性,因为在其提交事务完成前,是不能作其他操作的。

34 不要使用select for update

因为FOR UPDATE从句会导致锁定行,降低事务处理的速度。

35 不要选择所有的数据

比如select * from xxx;

这种做法第一是不开与数据的扩展,比如本来有四列数据,业务处理代码直接写死。当增加了一列数据时,就会导致出错;另外就是会查询出不必要的数据。

或者inset into xxx values(xxxx);

这是当列信息不匹配时,也会出错。

容错设计与故障控制

36 采用隔离故障的”泳道“

服务与数据的划分有很多种,比如容器,集群,池,分片,泳道。泳道意味着每个业务有自己的领域,不能跨泳道调用。

37 不要信任单点故障

有很多系统设计成单点模式,当整个系统只是用该模块时,当出现单点故障,整个系统也就崩溃了。

38 避免系统串联

比如一个系统有很多的组件组成,每个组件99.9%的安全性,当串联3个组件时,整个系统的可用性就变成了99.7%。

39 确保能够启用/禁用功能

对于某些共享库,第三方服务,应该提供开启或者关闭的功能。

避免或分发状态

40 努力实现无状态

实现状态会限制扩展性,增大成本

41 尽可能在浏览器端维护会话

一方面降低服务器压力,另一方面任何的请求可以发送给任何的服务器。

42 利用分布式缓存存放状态

使用独立的缓存层,利于扩展。有很多分布式的缓存方案,比如memcached。

异步通信和消息总线

43 尽可能使用异步通信

异步通信,可以确保每个服务和层之间的独立性,这样易于早呢更加系统的扩展性和减小耦合度。

44 确保消息总线能够扩展

尽量采用Y轴或者Z轴扩展,即按业务需求和功能扩展。因为单纯的复制或者克隆,反而会增加各个消息订阅者的监听数目。按照业务隔离,可以分离业务压力。

45 避免让消息总线过度拥挤

衡量价值与消息的成本。

其他原则

46 慎用第三方解决方案扩展

企业如果出现问题,那么寻找第三方能够解决燃眉之急。但是却不是长久之计,因为解决方案的提供商有很多客户,你的危机并不是他们的危机,所以不可能在关键时刻,尽职尽责。因此企业还是应该有一定的掌控力(这个词真是高大上!)。

47 清除、归档和成本合理的存储

有一些不必要的数据,就应该定期的删除。一些略有价值的数据进行定期的归档直接删除。一些很有价值的数据,应该进行备份以及快速访问。

48 删除事务处理中的商业智能

应该把产品系统与业务系统分离,提高产品的扩展性。

避免业务扩展时,受到系统架构的限制。

49 设计能够监控的应用

应该设计全局的监控策略,保证回答

”发生了 问题了吗?“

”哪里发生了问题?“

”发生了什么问题?“

”会发生问题吗?“

”能自动修复吗?“

50 要能胜任

应该在每个设计中涉及到最优秀的架构,不能完全依赖第三方的解决方案。

一个简单优秀的架构,都是小而精的,如果单纯的依靠开源解决架构,虽然解决了问题,却会导致应用的臃肿。

参考

【1】《高扩展性网站的50条原则》

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