图床上传系统设计分析

女主宣言

在本篇文章中，女主就带大家去分析一下图床系统的上传模块的设计与实现，让大家能够更清晰的了解，图床系统是如何支撑各业务每天数以千万级的图片上传的。

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图床上传系统每天处理各个业务上传的数以千万的图片，是目前360线上正式使用的图床系统，提供HTTP接口和SDK，支持JPEG、GIF、PNG、WEBP、ICO、BMP等主流图片格式。今天我们就来根据图床系统的上传模块的具体执行流程，来分析一下系统是如何设计部署的。

图床上传系统的难点

图床上传目前有几百亿的图片，这么多的图片应该如何存储才能保证数据安全和快速访问？

每天有数千万的上传，峰值的时候每分钟就会有几万的图片需要上传，系统要如何快速的处理这些任务？

问题解决

数据的安全存储和快速访问，这里使用了cassandra分布式数据库。Cassandra 是一个来自 Apache 的分布式数据库，具有高度可扩展性，可用于管理大量的结构化数据。它提供了高可用性，没有单点故障。关于cassandra更多的介绍大家可以到cassandra.apache.org 进行了解。

下面，我们来看一下系统的设计架构：

首先系统将任务平均分配到VIP的其中一台RS上，然后将任务保存在本地Redis队列中，随后被gearman抓取到此任务，然后将任务分配给其它worker进程继续处理直到任务处理完毕。

以下内容如果未特别说明，redis为RS对应的本地redis。

下面，以HTTP上传接口为例，来分析具体执行流程。

PHP伪代码：（上传一个二进制图片数据和一个url地址，并判断是否是二维码）

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用户调用接口

用户上传数据到接口，系统保存任务到redis队列中，如下图。无论是传递了单张还是多张图片，都会为此次请求任务分配一个唯一的groupid,循环分析每一个IMGSTREAM,如果是url不做处理，如果是图片二进制内容，就将内容保存到redis中，保存的key针对每一个图片都是唯一不变的。

在分析下一步之前，先了解一下下面相关词语。

• ReqQueue

• • 正在处理（需要处理）的队列类

• PreReqQueue

• • 预处理的队列类，只有ReqQueue的队列长度为0，才会将PreReqQueue加入ReqQueue队列中

• Imgkey

• • 图片加密后的名称，不包含后缀，redis和cassandra中的数据都是根据此key存入的，针对每个图片都是唯一的

• Groupid

• • 组任务。每次http接口调用或SDK调用，都会分配一个唯一的groupid

• Taskid

• • 每一个图片及其处理规则都会包含在一个taskid中

• Groupid和taskid的关系

• • 一个groupid可以包含一个taskid

  • 一个groupid可以包含多个taskid

• gm_client 任务的发起者用于将任务分配给worker

• Worker

• • 处理任务的进程，系统中共有以下几种worker

  • req_distributor

  • • 将redis队列中的数据通过一定算法分配给GroupDistributor

• • GroupDistributor

  • • 将任务根据任务数据明细，分配给TaskFetch或TaskProc 

  • TaskFetch

  • • 获取url的图片内容并保存在本地redis

  • TaskProc

  • • 处理rule规则，存储图片到cassandra

• • GroupComplete

  • • 任务结束时的处理程序

  • GroupCallback

  • • 如果注册了回调url，则触发这个worker进行处理

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gearman client分发任务

在这一步中，RS会有一个req_distributer进程，用来分发ReqQueue和PreReqRueue队列任务，分发到GroupDistributor进程。只有当ReqQueue队列为空时，才会处理不需要及时处理的PreReqQueue队列，防止ReqQueue队列产生积压。

现在，我们看到了任务的两个状态阶段，req_distributor(开始任务分发)，GroupDistributor(开始处理任务)，除了这两个阶段，任务还有以下四个阶段TaskFetch 、TaskProc、GroupComplete GroupCallback，在第一步中，已经解释过了。当然，一个任务不一定六个状态都会经历，其中req_distributor、GroupDistributor、TaskProc、GroupComplete是必经阶段。

让我们熟悉一下，后五个阶段是如何转变的，如下图：

结合第一步的状态说明还是很好理解的。

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TaskFetch根据url获取图片内容

如果上传的为二进制数据，则无此步，直接进入TaskProc阶段。下面来看一下它的具体执行流程。

先根据url地址获取图片，如果获取成功，就保存到RS的redis队列里面，key则是根据图片内容计算出来的唯一值（和第一步保存内容是相同的），然后分发到TaskProc。如果图片获取失败，那么会分发到GroupComplete。至此TaskFetch就结束了。

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TaskProc处理图片规则

这一步用来处理上面的代码里RULES内容的，用来对图片做进一步的处理，像水印、裁剪、缩放、人脸识别、二维码识别等等，都是在这一步处理的，下面让我们用图片方式分析它的执行过程。如下图：

需要注意的是如果一个图片指定了多个规则，会依次按顺序进行处理，所以在指定规则时，要想一想指定的规则和顺序是否合理，否则最终的图片可能不是你想要的结果就不同了。

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GroupComplete 组任务处理

由于一个组任务可能有多个图片任务，即多个taskid任务，在每一个taskid任务变成GroupComplete后，就需要判断组任务是否已经全部完成，如果未全部完成，标记未完成任务减一，如果组任务全部完成，标记组任务完成。

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GroupCallback 回调用户url（非必须）

如果用户在调用接口时，传递了回调url，则在任务执行GroupComplete时标记组任务全部完成后，会分发到GroupCallback处理。通知调用者任务已经完成，以及任务的详细信息，类似于支付API里的notify_url功能。

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补充说明

关于六个任务状态分别分配的进程数：

1. req_distributor是纯IO的操作，所以分配了1个进程

2. GroupDistributor 也是起到了任务分发操作，目前分配8个进程 

3. TaskFetch 比较消耗时间，建议多一些，目前分配400个进程 

4. TaskProc 也消耗一定时间，建议多一些，目前分配300个进程 

5. GroupComplete 目前分配50个进程 

6. GroupCallback 比较消耗时间，建议多一些，目前分配300个进程

总结

图床上传系统使用了开源软件cassandra、gearman、redis、nginx、lvs、php等，以上软件在互联网里有着广泛的用户，也证明了这些软件的稳定性是非常好的，也是保证图床上传系统能够保持持续稳定可扩展的原因之一。希望以上的知识对大家在平时学习工作中带来帮助。

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