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• 大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)

• 大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)技術總結(jié)

本文是學習大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)的技術總結(jié)。對架構(gòu)一個高性能，高可用，可伸縮，可擴展的分布式網(wǎng)站進行了概要性描述，并給出一個架構(gòu)參考。一部分為讀書筆記，一部分是個人經(jīng)驗總結(jié)。對大型分布式網(wǎng)站架構(gòu)有很好的參考價值。

• 用戶多，分布廣泛

• 大流量，高并發(fā)

• 海量數(shù)據(jù)，服務高可用

• 安全環(huán)境惡劣，易受網(wǎng)絡攻擊

• 功能多，變更快，頻繁發(fā)布

• 從小到大，漸進發(fā)展

• 以用戶為中心

• 免費服務，付費體驗
  
  

• 高性能：提供快速的訪問體驗。

• 高可用：網(wǎng)站服務一直可以正常訪問。

• 可伸縮：通過硬件增加/減少，提高/降低處理能力。

• 安全性：提供網(wǎng)站安全訪問和數(shù)據(jù)加密，安全存儲等策略。

• 擴展性：方便的通過新增/移除方式，增加/減少新的功能/模塊。

• 敏捷性：隨需應變，快速響應；

• 分層：一般可分為，應用層，服務層，數(shù)據(jù)層，管理層，分析層；

• 分割：一般按照業(yè)務/模塊/功能特點進行劃分，比如應用層分為首頁，用戶中心。

• 分布式：將應用分開部署（比如多臺物理機），通過遠程調(diào)用協(xié)同工作。

• 集群：一個應用/模塊/功能部署多份（如：多臺物理機），通過負載均衡共同提供對外訪問。

• 緩存：將數(shù)據(jù)放在距離應用或用戶最近的位置，加快訪問速度。

• 異步：將同步的操作異步化。客戶端發(fā)出請求，不等待服務端響應，等服務端處理完畢后，使用通知或輪詢的方式告知請求方。一般指：請求——響應——通知 模式。

• 冗余：增加副本，提高可用性，安全性，性能。

• 安全：對已知問題有有效的解決方案，對未知/潛在問題建立發(fā)現(xiàn)和防御機制。

• 自動化：將重復的，不需要人工參與的事情，通過工具的方式，使用機器完成。

• 敏捷性：積極接受需求變更，快速響應業(yè)務發(fā)展需求。

以用戶為中心，提供快速的網(wǎng)頁訪問體驗。主要參數(shù)有較短的響應時間，較大的并發(fā)處理能力，較高的吞吐量，穩(wěn)定的性能參數(shù)。可分為前端優(yōu)化，應用層優(yōu)化，代碼層優(yōu)化，存儲層優(yōu)化。

• 前端優(yōu)化：網(wǎng)站業(yè)務邏輯之前的部分；

• 瀏覽器優(yōu)化：減少Http請求數(shù)，使用瀏覽器緩存，啟用壓縮，Css Js位置，Js異步，減少Cookie傳輸；

• CDN加速，反向代理；

• 應用層優(yōu)化：處理網(wǎng)站業(yè)務的服務器。使用緩存，異步，集群

• 代碼優(yōu)化：合理的架構(gòu)，多線程，資源復用（對象池，線程池等），良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，JVM調(diào)優(yōu)，單例，Cache等；

• 存儲優(yōu)化：緩存，固態(tài)硬盤，光纖傳輸，優(yōu)化讀寫，磁盤冗余，分布式存儲（HDFS），NOSQL等；

大型網(wǎng)站應該在任何時候都可以正常訪問。正常提供對外服務。因為大型網(wǎng)站的復雜性，分布式，廉價服務器，開源數(shù)據(jù)庫，操作系統(tǒng)等特點。要保證高可用是很困難的，也就是說網(wǎng)站的故障是不可避免的。

如何提高可用性，就是需要迫切解決的問題。首先，需要從架構(gòu)級別，在規(guī)劃的時候，就考慮可用性。行業(yè)內(nèi)一般用幾個9表示可用性指標。比如四個9（99.99），一年內(nèi)允許的不可用時間是53分鐘。

不同層級使用的策略不同，一般采用冗余備份和失效轉(zhuǎn)移解決高可用問題。

• 應用層：一般設計為無狀態(tài)的，對于每次請求，使用哪一臺服務器處理是沒有影響的。一般使用負載均衡技術（需要解決Session同步問題），實現(xiàn)高可用。

• 服務層：負載均衡，分級管理，快速失敗（超時設置），異步調(diào)用，服務降級，冪等設計等。

• 數(shù)據(jù)層：冗余備份（冷，熱備[同步，異步]，溫備），失效轉(zhuǎn)移（確認，轉(zhuǎn)移，恢復）。數(shù)據(jù)高可用方面著名的理論基礎是CAP理論（持久性，可用性，數(shù)據(jù)一致性[強一致，用戶一致，最終一致]）。

伸縮性是指在不改變原有架構(gòu)設計的基礎上，通過添加/減少硬件（服務器）的方式，提高/降低系統(tǒng)的處理能力。

• 應用層：對應用進行垂直或水平切分。然后針對單一功能進行負載均衡（DNS,HTTP[反向代理],IP,鏈路層）。

• 服務層：與應用層類似；

• 數(shù)據(jù)層：分庫，分表，NOSQL等；常用算法Hash，一致性Hash。

可以方便的進行功能模塊的新增/移除，提供代碼/模塊級別良好的可擴展性。

• 模塊化，組件化：高內(nèi)聚，低耦合，提高復用性，擴展性。

• 穩(wěn)定接口：定義穩(wěn)定的接口，在接口不變的情況下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以“隨意”變化。

• 設計模式：應用面向?qū)ο笏枷耄瓌t，使用設計模式，進行代碼層面的設計。

• 消息隊列：模塊化的系統(tǒng)，通過消息隊列進行交互，使模塊之間的依賴解耦。

• 分布式服務：公用模塊服務化，提供其他系統(tǒng)使用，提高可重用性，擴展性。

對已知問題有有效的解決方案，對未知/潛在問題建立發(fā)現(xiàn)和防御機制。對于安全問題，首先要提高安全意識，建立一個安全的有效機制，從政策層面，組織層面進行保障。比如服務器密碼不能泄露，密碼每月更新，并且三次內(nèi)不能重復；每周安全掃描等。以制度化的方式，加強安全體系的建設。同時，需要注意與安全有關的各個環(huán)節(jié)。安全問題不容忽視。包括基礎設施安全，應用系統(tǒng)安全，數(shù)據(jù)保密安全等。

• 基礎設施安全：硬件采購，操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡環(huán)境方面的安全。一般采用，正規(guī)渠道購買高質(zhì)量的產(chǎn)品，選擇安全的操作系統(tǒng)，及時修補漏洞，安裝殺毒軟件防火墻。防范病毒，后門。設置防火墻策略，建立DDOS防御系統(tǒng)，使用攻擊檢測系統(tǒng)，進行子網(wǎng)隔離等手段。

• 應用系統(tǒng)安全：在程序開發(fā)時，對已知常用問題，使用正確的方式，在代碼層面解決掉。防止跨站腳本攻擊（XSS），注入攻擊，跨站請求偽造（CSRF），錯誤信息，HTML注釋，文件上傳，路徑遍歷等。還可以使用Web應用防火墻（比如：ModSecurity），進行安全漏洞掃描等措施，加強應用級別的安全。

• 數(shù)據(jù)保密安全：存儲安全（存在在可靠的設備，實時，定時備份），保存安全（重要的信息加密保存，選擇合適的人員復雜保存和檢測等），傳輸安全（防止數(shù)據(jù)竊取和數(shù)據(jù)篡改）；

• 常用的加解密算法（單項散列加密[MD5,SHA]，對稱加密[DES,3DES,RC]），非對稱加密[RSA]等。

網(wǎng)站的架構(gòu)設計，運維管理要適應變化，提供高伸縮性，高擴展性。方便的應對快速的業(yè)務發(fā)展，突增高流量訪問等要求。

除上面介紹的架構(gòu)要素外，還需要引入敏捷管理，敏捷開發(fā)的思想。使業(yè)務，產(chǎn)品，技術，運維統(tǒng)一起來，隨需應變，快速響應。

以上采用七層邏輯架構(gòu)，第一層客戶層，第二層前端優(yōu)化層，第三層應用層，第四層服務層，第五層數(shù)據(jù)存儲層，第六層大數(shù)據(jù)存儲層，第七層大數(shù)據(jù)處理層。

• 客戶層：支持PC瀏覽器和手機APP。差別是手機APP可以直接訪問通過IP訪問，反向代理服務器。

• 前端層：使用DNS負載均衡，CDN本地加速以及反向代理服務；

• 應用層：網(wǎng)站應用集群；按照業(yè)務進行垂直拆分，比如商品應用，會員中心等；

• 服務層：提供公用服務，比如用戶服務，訂單服務，支付服務等；

• 數(shù)據(jù)層：支持關系型數(shù)據(jù)庫集群（支持讀寫分離），NOSQL集群，分布式文件系統(tǒng)集群；以及分布式Cache；

• 大數(shù)據(jù)存儲層：支持應用層和服務層的日志數(shù)據(jù)收集，關系數(shù)據(jù)庫和NOSQL數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)收集；

• 大數(shù)據(jù)處理層：通過Mapreduce進行離線數(shù)據(jù)分析或Storm實時數(shù)據(jù)分析，并將處理后的數(shù)據(jù)存入關系型數(shù)據(jù)庫。（實際使用中，離線數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)會按照業(yè)務要求進行分類處理，并存