八种架构设计模式及其优缺点概述(下)

        在上篇文章中，介绍了八种架构设计模式中的三种，既：查询分离模式、微服务模式、多级缓存模式，没有读过的同学请手动微信关注“码农原创”公众号，在历史消息中寻找。接下来继续介绍最后的三种架构模式，分别是：分库分表模式、弹性伸缩模式、多机房模式。

 

 

1. 分库分表模式

        这种模式主要解决单表写入、读取、存储压力过大，从而导致业务缓慢甚至超时，交易失败，容量不够的问题。一般有水平切分和垂直切分两种，这里主要介绍水平切分。这个模式也是技术架构迭代演进过程中的必经之路。

        这种模式的一般设计见下图：

 

        如上图所示红色部分，把一张表分到了几个不同的库中，从而分担压力。是不是很笼统？哈哈，那我们接下来就详细的讲解一下。首先澄清几个概念，如下：

        主机：硬件，指一台物理机，或者虚拟机，有自己的CPU，内存，硬盘等。

        实例：数据库实例，如一个MySQL服务进程。一个主机可以有多个实例，不同的实例有不同的进程，监听不同的端口。

        库：指表的集合，如学校库，可能包含教师表、学生表、食堂表等等，这些表在一个库中。一个实例中可以有多个库。库与库之间用库名来区分。

        表：库中的表，不必多说，不懂的就不用往下看了，不解释。

 

        那么怎么把单表分散呢？到底怎么个分发呢？分发到哪里呢？以下是几个工作中的实践，分享一下：

        主机：这是最主要的也是最重要的点，本质上分库分表是因为计算与存储资源不够导致的，而这种资源主要是由物理机，主机提供的，所以在这里分是最基本的，毕竟没有可用的计算资源，怎么分效果都不是太好的。

        实例：实例控制着连接数，同时受OS限制，CPU、内存、硬盘、网络IO也会受间接影响。会出现热实例的现象，即：有些实例特别忙，有些实例非常的空闲。一个典型的现象是：由于单表反应慢，导致连接池被打满，所有其他的业务都受影响了。这时候，把表分到不同的实例是有一些效果的。

        库：一般是由于单库中最大单表数量的限制，才采取分库。

        表：单表压力过大，索引量大，容量大，单表的锁。据以上，把单表水平切分成不同的表。

 

        大型应用中，都是一台主机上只有一个实例，一个实例中只有一个库，库==实例==主机，所以才有了分库分表这个简称。

 

        既然知道了基本理论，那么具体是怎么做的呢？逻辑是怎么跑的呢？接下来以一个例子来讲解一下。

        这个需求很简单，用户表(user)，单表数据量1亿，查询、插入、存储都出现了问题，怎么办呢？

 

        首先，分析问题，这个明显是由于数据量太大了而导致的问题。

        其次，设计方案，可以分为10个库，这样每个库的数据量就降到了1KW，单表1KW数据量还是有些大，而且不利于以后量的增长，所以每个库再分100个表，这个每个单表数据量就为10W了，对于查询、索引更新、单表文件大小、打开速度，都有一些益处。接下来，给IT部门打电话，要10台物理机，扩展数据库......

        最后，逻辑实现，这里应该是最有学问的地方。首先是写入数据，需要知道写到哪个分库分表中，读也是一样的，所以，需要有个请求路由层，负责把请求分发、转换到不同的库表中，一般有路由规则的概念。

 

        怎么样，简单吧？哈哈，too 那义务。说说这个模式的问题，主要是带来了事务上的问题，因为分库分表，事务完成不了，而分布式事务又太笨重，所以这里需要有一定的策略，保证在这种情况下事务能够完成。采取的策略如：最终一致性、复制、特殊设计等。再有就是业务代码的改造，一些关联查询要改造，一些单表orderBy的问题需要特殊处理，也包括groupBy语句，如何解决这些副作用不是一句两句能说清楚的，以后有时间，我单独讲讲这些。

        

该总结一下这种模式的优缺点的了，如下：

 

        优点：减少数据库单表的压力。

        缺点：事务保证困难、业务逻辑需要做大量改造。

 

2. 弹性伸缩模式

        这种模式主要解决突发流量的到来，导致无法横向扩展或者横向扩展太慢，进而影响业务，全站崩溃的问题。这个模式是一种相对来说比较高级的技术，也是各个大公司目前都在研究、试用的技术。截至今日，有这种思想的架构师就已经是很不错了，能够拿到较高薪资，更别提那些已经实践过的，甚至实现了底层系统的那些，所以，你懂得......

        这种模式的一般设计见下图：

 

 

        如上图所示，多了一个弹性伸缩服务，用来动态的增加、减少实例。原理上非常简单，但是这个模式到底解决什么问题呢？先说说由来和意义。

        

        每年的双11、六一八或者一些大促到来之前，我们都会为大流量的到来做以下几个方面的工作:

1. 提前准备10倍甚至更多的机器，即使用不上也要放在那里备着，以防万一。这样浪费了大量的资源。

2. 每台机器配置、调试、引流，以便让所有的机器都可用。这样浪费了大量的人力、物力，更容易出错。

3. 如果机器准备不充分，那么还要加班加点的重复上面的工作。这样做特别容易出错，引来领导的不满，没时间回家陪老婆，然后你的老婆就......(自己想)

        

        在双十一之后，我们还要人工做缩容，非常的辛苦。一般一年中会有多次促销，那么我们就会一直这样，实在是烦！

 

        最严重的，突然间的大流量爆发，会让我们触不及防，半夜起来扩容是在正常不过的事情，为此，我们偷懒起来，要更多的机器备着，也就出现了大量的cpu利用率为1%的机器。

 

        我相信，如果你是老板一定很震惊吧！！！

        哈哈，那么如何改变这种情况呢？请接着看

 

        为此，首先把所有的计算资源整合成资源池的概念，然后通过一些策略、监控、服务，动态的从资源池中获取资源，用完后在放回到池子中，供其他系统使用。

        具体实现上比较成熟的两种资源池方案是VM、docker，每个都有着自己强大的生态。监控的点有CPU、内存、硬盘、网络IO、服务质量等，根据这些，在配合一些预留、扩张、收缩策略，就可以简单的实现自动伸缩。怎么样？是不是很神奇？深入的内容我们会在的码农原创的公众号文章中详细介绍。

 

该总结一下这种模式的优缺点的了，如下：

 

        优点：弹性、随需计算，充分优化企业计算资源。

        缺点：应用要从架构层做到可横向扩展化改造、依赖的底层配套比较多，对技术水平、实力、应用规模要求较高。

       

3. 多机房模式

        这种模式主要解决不同地区高性能、高可用的问题。

        随着应用用户不断的增加，用户群体分布在全球各地，如果把服务器部署在一个地方，一个机房，比如北京，那么美国的用户使用应用的时候就会特别慢，因为每一个请求都需要通过海底光缆走上个那么一秒钟(预估)左右，这样对用户体验及其不好。怎么办？使用多机房部署。

        这种模式的一般设计见下图：

 

如上图所示，一个典型的用户请求流程如下：

 

1. 用户请求一个链接A

2. 通过DNS智能解析到离用户最近的机房B

3. 使用B机房服务链接A

 

        是不是觉得很简单，没啥？其实这里面的问题没有表面这么简单，下面一一道来。

        首先是数据同步问题，在中国产生的数据要同步到美国，美国的也一样，数据同步就会涉及数据版本、一致性、更新丢弃、删除等问题。

        其次是一地多机房的请求路由问题，典型的是如上图，中国的北京机房和杭州机房，如果北京机房挂了，那么要能够通过路由把所有发往北京机房的请求转发到杭州机房。异地也存在这个问题。

        

        所以，多机房模式，也就是异地多活并不是那么的简单，这里只是起了个头，具体的有哪些坑，会在另一篇文章中介绍。

 

该总结一下这种模式的优缺点的了，如下：

 

        优点：高可用、高性能、异地多活。

        缺点：数据同步、数据一致性、请求路由。

 

呵呵，至此，整个关于八种架构设计模式及其优缺点概述就介绍完了，大约1W字左右。最后，我想说的是没有银弹、灵活运用，共勉！