多机房部署：跨地域的分布式系统如何做？

多机房部署的难点是什么？

多机房部署的含义是：在不同的 IDC 机房中，部署多套服务，这些服务共享同一份业务数据，并且都可以承接来自用户的流量。

这样，当其中某一个机房出现网络故障、火灾，甚至整个城市发生地震、洪水等大的不可抗的灾难时，你可以随时将用户的流量切换到其它地域的机房中，从而保证系统可以不间断地持续运行。这种架构听起来非常美好，但是在实现上却是非常复杂和困难的，那么它复杂在哪儿呢？

假如我们有两个机房 A 和 B 都部署了应用服务，数据库的主库和从库部署在 A 机房，那么 机房 B 的应用如何访问到数据呢？两种思路。

一个思路是直接跨机房读取 A 机房的从库：

另一个思路是在机房 B 部署一个从库，跨机房同步主库的数据，然后机房 B 的应用就可以 读取这个从库的数据了：

无论是哪一种思路，都涉及到跨机房的数据传输，这就对机房之间延迟情况有比较高的要求了。而机房之间的延迟，和机房之间的距离息息相关，我们可以记住几个数字：

1. 北京同地双机房之间的专线延迟一般在 1ms~3ms。

   这个延迟会造成怎样的影响呢?要知道，我们的接口响应时间需要控制在 200ms 之内，而 一个接口可能会调用几次第三方 HTTP 服务，或者 RPC 服务。如果这些服务部署在异地机 房，那么接口响应时间就会增加几毫秒，是可以接受的。

   一次接口可能会涉及几次的数据库写入，那么如果数据库主库在异地机房，那么接口的响应时间也会因为写入异地机房的主库，增加几毫秒到十几毫秒，也是可以接受的。

   但是，接口读取缓存和数据库的数量，可能会达到十几次甚至几十次，那么这就会增加几十
   毫秒甚至上百毫秒的延迟，就不能接受了。

2. 国内异地双机房之间的专线延迟会在 50ms 之内

   具体的延迟数据依据距离的不同而不同。比如，北京到天津的专线延迟，会在 10ms 之 内；而北京到上海的延迟就会提高到接近 30ms；如果想要在北京和广州部署双机房，那么延迟就会到达 50ms 了。在这个延迟数据下，要想保证接口的响应时间在 200ms 之内，就 要尽量减少跨机房的服务调用，更要避免跨机房的数据库和缓存操作了。

3. 如果你的业务是国际化的服务，需要部署跨国的双机房，那么机房之间的延迟就更高 了，依据各大云厂商的数据来看，比如，从国内想要访问部署在美国西海岸的服务，这个延 迟会在 100ms~200ms 左右。在这个延迟下，就要避免数据跨机房同步调用，而只做异步的数据同步。

如果正在考虑多机房部署的架构，那么这些数字都是至关重要的基础数据，我们需要牢牢记住，避免出现跨机房访问数据造成性能衰减问题。

逐步迭代多机房部署方案

同城双活

制定多机房部署的方案不是一蹴而就的，而是不断迭代发展的。我在上面提到，同城机房之间的延时在1ms~3ms 左右，对于跨机房调用的容忍度比较高，所以，这种同城双活的方 案复杂度会比较低。

但是，它只能做到机房级别的容灾，无法做到城市级别的容灾。不过，相比于城市发生地震、洪水等自然灾害来说，机房网络故障、掉电出现的概率要大的多。所以，如果我们的系统不需要考虑城市级别的容灾，一般做到同城双活就足够了。那么，同城双活的方案要如何设 计呢？

假设这样的场景：在北京有 A 和 B 两个机房，A 是联通的机房，B 是电信的机房，机房之间以专线连接，方案设计时，核心思想是，尽量避免跨机房的调用。具体方案如下：

• 首先，数据库的主库可以部署在一个机房中，比如部署在 A 机房中，那么 A 和 B 机房数 据都会被写入到 A 机房中。然后，在 A、B 两个机房中各部署一个从库，通过主从复制的方式，从主库中同步数据，这样双机房的查询请求可以查询本机房的从库。一旦 A 机房发生故障，可以通过主从切换的方式，将 B 机房的从库提升为主库，达到容灾的目的。
• 缓存也可以部署在两个机房中，查询请求也读取本机房的缓存，如果缓存中数据不存在，就穿透到本机房的从库中，加载数据。数据的更新可以更新双机房中的数据，保证数据的一致性。
• 不同机房的 RPC 服务会向注册中心，注册不同的服务组，而不同机房的 RPC 客户端， 也就是 Web 服务，只订阅同机房的 RPC 服务组，这样就可以实现 RPC 调用尽量发生 在本机房内，避免跨机房的 RPC 调用。
  
• 我们的系统肯定会依赖公司内的其他服务，比如审核，搜索等服务，如果这些服务也是双机房部署的，那么也需要尽量保证只调用本机房的服务，降低调用的延迟。

使用了同城双活架构之后，可以实现机房级别的容灾，服务的部署也能够突破单一机房的限制，但是，还是会存在跨机房写数据的问题，不过鉴于写数据的请求量不高，所以在性能上是可以容忍的。

异地多活

同城双活足够满足大多数系统的需要，但是，随着业务是不断发展的，如果有朝一日，系统的流量达到了京东或者淘宝的级别，那么就要考虑，即使机房所在的城市发生重大的自然灾害，也要保证系统的可用性。而这时，就需要采用异地多活的方案。

在考虑异地多活方案时，首先要考虑异地机房的部署位置。它部署的不能太近，否则发生自然灾害时，很可能会波及。所以，如果我们的主机房在北京，那么异地机房就尽量不要建设在天津，而是可以选择上海、广州这样距离较远的位置。但这就会造成更高的数据传输延迟，同城双活中，使用的跨机房写数据库的方案，就不合适了。

所以，在数据写入时，我们要保证只写本机房的数据存储服务，再采取数据同步的方案，将数 据同步到异地机房中。一般来说，数据同步的方案有两种：

• 一种基于存储系统的主从复制，比如 MySQL 和 Redis。也就是在一个机房部署主库， 在异地机房部署从库，两者同步主从复制, 实现数据的同步。
• 另一种是基于消息队列的方式。一个机房产生写入请求后，会写一条消息到消息队列，另一个机房的应用消费这条消息后，再执行业务处理逻辑，写入到存储服务中。

建议，同时采用两种同步相结合的方式，比如，你可以基于消息的方式，同步缓存的数据、 HBase 数据等。然后基于存储，主从复制同步 MySQL、Redis 等数据。

无论是采取哪种方案，数据从一个机房，传输到另一个机房都会有延迟，所以，需要尽量保证用户在读取自己的数据时，读取数据主库所在的机房。为了达到这一点，jiu需要对用户做分片，让一个用户每次的读写都尽量在同一个机房中。同时，在数据读取和服务调用时， 也要尽量调用本机房的服务。这里有一个场景:假如在电商系统中，用户 A 要查看所有订 单的信息，而这些订单中，店铺的信息和卖家的信息很可能是存储在异地机房中，那么你应 该优先保证服务调用，和数据读取在本机房中进行，即使读取的是跨机房从库的数据，会有 一些延迟，也是可以接受的。

总结

为了提升系统的可用性和稳定性，我们探讨了多机房部署的难点，以及同城双机房和异地多活的部署架构，在这里，我们记住以下几个重点：

• 不同机房的数据传输延迟，是造成多机房部署困难的主要原因，我们需要知道，同城多机 房的延迟一般在 1ms~3ms，异地机房的延迟在 50ms 以下，而跨国机房的延迟在 200ms 以下。
• 同城多机房方案可以允许有跨机房数据写入的发生，但是数据的读取，和服务的调用应该尽量保证在同一个机房中。
• 异地多活方案则应该避免跨机房同步的数据写入和读取，而是采取异步的方式，将数据 从一个机房同步到另一个机房。

多机房部署是一个业务发展到一定规模，对于机房容灾有需求时，才会考虑的方案，能不做则尽量不要做。一旦我们的团队决定做多机房部署，那么同城双活已经能够满足我们的需求了， 这个方案相比异地多活要简单很多。而在业界，很少有公司，能够搭建一套真正的异步多活 架构，这是因为这套架构在实现时过于复杂，所以，轻易不要尝试。

总之，架构需要依据系统的量级和对可用性、性能、扩展性的要求，不断演进和调整，盲目地追求架构的“先进性”只能造成方案的复杂，增加运维成本，从而给我们的系统维护带来不便。