【经典揭秘】集中式架构怎么升级为分布式架构?

前言

由于历史原因,集中式架构多用于传统银行、电信等行业。主机资源集中在大型主机或小型机上。集中式架构下,包括操作系统,中间件,数据库等“基础软件” 均为闭源商用系统。集中式架构的典型案例是 IOE(IBM, Oracle,EMC)提供的计算设备、数据库技术和存储设备共同组成的系统。

近年来,分布式架构在 Google、 Amazon、Facebook、阿里巴巴、腾讯等互联网公司广泛应用基础上、也越来越多被金融行业关注和应用。分布式架构一般采用性价比更高的 PC 服务器、分布式数据库和大量 PC 内存闪存,程序同时运行在众多 PC 服务器上。

考虑的点

下面就来看看从现有架构升级为分布式要考虑哪些方面的内容。

【数据库】

一个典型的互联网应用,前端服务器可以利用负载均衡服务,组成一个集群,但是只有一个mysql主库,这时候,mysql服务就是系统中依赖的关键服务。

关键服务的性能和波动将成为整个系统的性能瓶颈和主要问题源。

为了减轻只有一个mysql主库的依赖,我们引入了一主多从的架构,让更多从库也来提供查询服务,减轻主库的查询依赖。

这样升级改造后,系统的性能和稳定性还是有明显的提升,但是mysql查询的复杂度和数量增加后,mysql的性能瓶颈依然会很突出。

【缓存层】

于是,继续升级,引入redis或者memcache,将大量的结果缓存起来,把应用尽量从mysql隔离,减少对数据库的依赖。

这时候,我们会欣喜的发现,应用的性能比之前完全依赖mysql的时候要强好多,稳定性也响应的提高很多。

随着我们的系统越来越复杂,访问量越来越大,缓存层的压力也会越来越大。

一方面是内存不足的问题,另一方面数据更新更复杂,还有就是访问压力以及内网带宽的瓶颈也增加了。

这时候又要开始对缓存层继续升级改造了,于是分布式缓存集群也就出现了。

通过一致性hash算法或者简单的散列方法,都可以很容易的增加redis/memcache服务来构建更大规模的集群。

这样一来,随着服务器增加,单机的内存瓶颈减轻了,访问压力以及带宽压力也降低了,但是数据更新的问题依然存在。

数据更新的问题,就是数据不一致的问题,本质上就是因为一个数据的多次写入,中间出现异常的话,就导致出现不一致了。

关于数据一致性问题,我们后面再来详细分析和讲解。加群895244712了解更多架构升级知识。

随着缓存层集群的构建,整个系统架构就变成了多前端服务器,多缓存服务器,一个主库,多个从库。

主库主要承载数据写入的负载,在大部分的互联网应用中,写入的数量相对还是少很多的,所以大部分时候,这样的架构也就可以安枕无忧啦。

【更大规模】

我们的追求不仅是眼前的苟且,还有更强大的系统和更多的用户。

当我们的应用,用户数、访问量过千万之后,以前的架构还是会遇到越来越多的挑战。

这里面,可能数据库还是会第一个出现瓶颈,毕竟一个主库,再强大也是没法做到一秒钟数万次的更新,哪怕只是小小的点击数的增加。

这时候,就要开始考虑对数据库做分拆了,把一个数据库分拆为好几个数据库(分表分库)

而分拆的方式,大家应该能想到的,比如:水平分拆和垂直分拆。

【水平分拆】

典型的水平分拆就是对数据做归档,按照日期(每年归档),把旧的数据迁移到归档库里面,访问量少,也不会有写入的压力。

水平分拆对整个系统的改造和变化相对来说是影响比较小的,毕竟数据结构没有变化,只是数据源增加了。

而这种分拆带来的明显效果就是,数据规模减少,数据库的读写性能都会有明显的提升,当然对整个应用的性能和稳定性都会有很大提高。加群895244712了解更多架构升级知识。


【垂直分拆】

如果只是对数据库做垂直分拆,只是把一部分数据表迁移到其他独立数据库中,比如:把用户相关的信息表迁移到用户库,把商品相关的产品表迁移到商品库,那这个分拆也不算难。

但是,往往伴随着系统规模的变大,应用的复杂度也会不断提高。

所以,这个时候垂直分拆,很可能会同时进行应用的分拆。

比如:把用户的登录注册、信息维护单独部署和维护,把商品信息的管理和维护单独部署。

这时候,应用也就同时进行了垂直分拆,即:把大的应用进行组件化、服务化。

【微服务】

到这个阶段,大家应该就开始感觉大一个系统的复杂了吧。

一开始说好的做一个互联网应用,而现在却出来了很多个应用和服务,他们之间又有很多关联,组成一个大型的系统。

这时候,系统中的关键服务依赖已经不仅仅是缓存层、数据库服务,而变成了一个个拆分之后的应用、微服务了。

这时候,系统的性能和稳定性就完全依赖各个微服务的性能和稳定性了。

如果,再把每个微服务按照上面的架构升级路线演练一遍,貌似又不那么困难。

但是,全部组合在一起,新的难点已经是对这些服务的监控、运维、故障排除等治理工作。


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未来的架构是什么样?

那么,系统继续升级的话,我想,可能就是自动化运维的工作会更多了吧。

  • 一两个数据库宕机不用怕,主从自动切换,数据库集群秒级自动恢复。
  • 几个缓存服务器网络不稳定也没关系,有备份的缓存可以先用着。
  • 微服务的一些服务器不稳定,服务自动降级,并且在微服务稳定后自动恢复以及同步数据。
  • 甚至一个机房断网、断电了,其他机房依然正常的提供全面的服务,不影响用户使用。

总结

分布式架构在经济性、安全自主、灵活性、可伸缩性等方面有明显优势,随着系统需要处理的交易量与数据量越来越大,分布式架构在这方面的优势也会越来越明显。集中式系统在可维护性、一致性方面有优势,而分布式系统需要达到同等或更高的可维护性与高一致性,需要通过先进的分布式中间件与大规模运维平台来支持。

  • 关键服务依赖总是最重要的环节,也是最容易出问题的地方。
  • 系统架构升级,正是对这些关键依赖的瓶颈进行针对性优化升级和改造。
  • 应用从小变大,再分拆变小,从一个应用到很多个微服务,这些都是技术不断变革的过程。
  • 规模化带来了带来了的总体容量和总体性能的提高,同时也带来了关于服务治理的新挑战。

那么,是不是开发系统都要用这么复杂的架构呢?

其实不是,上面的架构升级过程,其实是对线上问题不断发现和解决的过程,也是一个不得已的过程。如果一个系统的用户量、业务量不大,一开始就复用一套庞大的系统架构,那真的就费时费力,累死自己,完全没必要。所以,合适就好

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