大型網(wǎng)站的性能需求

高性能、高可用、易擴展、可伸縮、安全性

大型網(wǎng)站的特點

1. 高并發(fā)、大流量：大型網(wǎng)站面對的訪問量比較大很容易理解，那么何為高并發(fā)呢？

   并發(fā)：在操作系統(tǒng)中是指一個時間段中有幾個程序都處于已啟動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機上運行，但任一個時刻點上只有一個程序在處理機上運行。而到我們的大型網(wǎng)站（Web應(yīng)用）中，是指在同一時刻同時有多個用戶向服務(wù)器發(fā)送請求。當(dāng)一個用戶向網(wǎng)站的服務(wù)器發(fā)送請求的時候，經(jīng)過后臺的運算將用戶想要的到的結(jié)果返回個用戶，那么如果在后臺運算結(jié)束之前又有新的用戶向服務(wù)器發(fā)送了請求，我們在后臺的程序中應(yīng)該做什么樣的處理呢。

2. 高可用性：系統(tǒng)需要支持7×24小時都處在運行的狀態(tài)，我們每周可以過周末，但是并不代表著周末沒有人訪問網(wǎng)站，因此網(wǎng)站需要支持7×24小時的服務(wù)。

3. 用戶分布廣泛，網(wǎng)路情況復(fù)雜：例如現(xiàn)在人們購物需要用到的淘寶商城、京東商城以及我們經(jīng)常用到的百度搜索引擎，用戶分布在不同的地方；同時不同的用戶在訪問這些Web應(yīng)用時的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)也是不同的，有的人所處的環(huán)境網(wǎng)速比較快，有的人網(wǎng)速比較慢。

4. 安全環(huán)境惡劣：由于互聯(lián)網(wǎng)的開放性，在全世界都可以訪問到，因此面臨的環(huán)境非常惡劣，很容易受到攻擊。

5. 需求變更快，發(fā)布（服務(wù)器的更新）比較頻繁：互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品為了滿足人們?nèi)找嬖黾拥男枨?，更新迭代的速度非?？臁?/p>

6. 漸變式發(fā)展：任何一個大的網(wǎng)站都是由小的網(wǎng)站發(fā)展起來，在發(fā)展的過程當(dāng)中功能逐漸完善，同時給用戶的體驗也逐漸改善。

7. 需要有很好的適配性：現(xiàn)在可以聯(lián)網(wǎng)的不僅僅是電腦，智能手機普遍使用的今天可以通過不同的設(shè)備來訪問同一個網(wǎng)站，例如手機、pad以及pc機。那么此時網(wǎng)站就要做到很好的適配性，既可以在手機端展示好界面又可以在pc端展示好界面。

大型網(wǎng)站的演化路徑

明確了大型網(wǎng)站需要滿足的需求以及大型網(wǎng)站的特點，那么在構(gòu)建大型網(wǎng)站的時候就需要有一個漸變的過程，在這個漸變的過程中使網(wǎng)站的功能逐漸強大，同時其性能也逐步提高。

1. 初始階段：初始階段，網(wǎng)站的用戶訪問量可能比較少，那么此時只需要一臺服務(wù)器即可。

網(wǎng)站初期.png

Web應(yīng)用的組成簡介

Web應(yīng)用一般有三部分組成：1、應(yīng)用程序 2、數(shù)據(jù)庫  3、文件  
Web應(yīng)用最核心的兩個部分是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫，我們訪問網(wǎng)站就是訪問的一個應(yīng)用程序  
數(shù)據(jù)庫主要是用來存放應(yīng)用程序在運行的過程當(dāng)中需要用到的數(shù)據(jù)，例如我們登錄淘寶網(wǎng)站  
時的個人信息（用戶名、密碼、收獲地址等信息）。而文件，是應(yīng)用程序在運行過程當(dāng)中需要  
讀取的文件，例如淘寶網(wǎng)站各個商品的圖片資源，都是以文件的形式存放。

Web應(yīng)用的初期，數(shù)據(jù)量比較小，同時所用到的文件也比較少，此時我們可以把三者放在同一個服務(wù)器上面。

Web服務(wù)器

Web服務(wù)器也稱www服務(wù)器，主要的功能是提供網(wǎng)上信息瀏覽服務(wù)，web服務(wù)器是可以向請求的瀏覽器發(fā)送文檔的程序。Web服務(wù)器有以下幾個特點：

1. 服務(wù)器是一種被動程序：只有當(dāng)Internet上的其他計算機的瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送請求的時候，服務(wù)器才會響應(yīng)。
2. 最常用的服務(wù)器是Apache和Microsoft的Internet信息服務(wù)器。
3. Internet服務(wù)器是一臺在Internet上具有獨立Ip的計算機。
4. Web服務(wù)器是指駐留于因特網(wǎng)上某種類型計算機的程序。

2.應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)相分離

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展，訪問的用戶量越來越多，網(wǎng)站的數(shù)據(jù)也隨之增多，此時如果數(shù)據(jù)庫的存儲空間不足，可能會導(dǎo)致用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度變慢。一臺服務(wù)器已經(jīng)不能滿足需求，這是就應(yīng)該考慮將應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及文件服務(wù)器分離。根據(jù)各個服務(wù)器擔(dān)任的角色不同來選定各個服務(wù)器的配置：

應(yīng)用服務(wù)器需要強的CPU，數(shù)據(jù)服務(wù)器需要快速磁盤檢索和數(shù)據(jù)緩存，因此需要更快的硬盤和更大的內(nèi)存，文件服務(wù)器主要用來存放應(yīng)用中使用到的文件，需要更大的磁盤空間。

將應(yīng)用服務(wù)器、文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分離之后整個應(yīng)用的部署情況如下圖所示：

網(wǎng)站第二階段.png

當(dāng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)進行分離之后，不同特性的服務(wù)器擔(dān)任著不同的角色，整個網(wǎng)站的性能得到提升。

3.使用緩存改善網(wǎng)站性能
網(wǎng)站數(shù)據(jù)的訪問并不是平均分配，只有一小部分的數(shù)據(jù)會經(jīng)常被訪問到。當(dāng)用戶訪問Web應(yīng)用時，Web應(yīng)用先從數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)后經(jīng)過應(yīng)用程序的處理再返回給用戶，如果有一部經(jīng)常被訪問到，那么可以就這一部分是數(shù)據(jù)而言提高這部分數(shù)據(jù)的訪問速度，解決方案是將這部分數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存中。當(dāng)用戶訪問Web應(yīng)用時，先從緩存中進行查詢，如果緩存中有對應(yīng)的數(shù)據(jù)，則直接返回，如果沒有對應(yīng)的數(shù)據(jù)再去數(shù)據(jù)庫查詢，提高數(shù)據(jù)查詢的效率。

緩存分為兩種：

1>緩存在本地 2>用專門的服務(wù)器緩存數(shù)據(jù)

如果將數(shù)據(jù)緩存在本地，那么緩存的數(shù)據(jù)量比較大的時候，緩存會和應(yīng)用程序爭用內(nèi)存，這時有可能導(dǎo)致應(yīng)用程序運行的緩慢甚至應(yīng)用服務(wù)器直接掛掉。
使用專門的服務(wù)器作為緩存，可以使用集群的方式來部署。

添加緩存服務(wù)器之后的應(yīng)用程序分布如下圖所示：

網(wǎng)站第三階段使用緩存服務(wù)器.png

4.使用應(yīng)用服務(wù)器集群改善網(wǎng)站的并發(fā)處理能力

當(dāng)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用和文件服務(wù)器分離以及增加上緩存服務(wù)器之后，數(shù)據(jù)的存儲和訪問在目前這個階段已經(jīng)不是制約整個應(yīng)用的瓶頸。但是當(dāng)有大量的用戶同時訪問應(yīng)用的時候，應(yīng)用服務(wù)器就顯得力不從心，這種情況下更恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ菍?yīng)用進行分布式部署，而不是將現(xiàn)有的應(yīng)用服務(wù)器換成配置更高的服務(wù)器。增加應(yīng)用服務(wù)器和提現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)器的配置對應(yīng)用的改善作用是不相同的。

如果將應(yīng)用部署在不同的服務(wù)器上，那么現(xiàn)在面臨的一個問題就是怎么分配這幾臺服務(wù)器的流量，以及當(dāng)用戶訪問應(yīng)用的時候怎么將用戶的訪問分配到分布式服務(wù)器的其中一臺服務(wù)器上。此時，負載均衡服務(wù)器就派上了用場，負載均衡服務(wù)器的作用就是將來自用戶瀏覽器的訪問分發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器集群中的其中任意一臺。添加負載均衡服務(wù)器、將應(yīng)用分布在不同的服務(wù)器、應(yīng)用和數(shù)據(jù)訪問相分離、添加緩存之后整個網(wǎng)站的部署如下：

第四階段分布式應(yīng)用服務(wù)器.png

5.數(shù)據(jù)庫讀寫分離

網(wǎng)站使用緩存后，數(shù)據(jù)訪問的速度有效提升，但是仍有一部分讀操作和全部的寫操作在緩存中不能完成，當(dāng)用戶達到一定的規(guī)模之后，數(shù)據(jù)庫會因為負載過大成為制約整個網(wǎng)站的瓶頸。目前絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都支持主從熱備份功能（在數(shù)據(jù)庫服務(wù)不停的情況下，將主數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)備份到從數(shù)據(jù)庫），利用數(shù)據(jù)庫的這一特性，可以將數(shù)據(jù)庫的讀寫進行分離。及將一應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫分為兩個數(shù)據(jù)庫，一個是主數(shù)據(jù)庫，用來寫操作；一個是從數(shù)據(jù)庫，用來讀操作。當(dāng)用戶將數(shù)據(jù)寫入主數(shù)據(jù)庫后，主數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)備份到從數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性。

添加主從數(shù)據(jù)庫之后網(wǎng)站的結(jié)構(gòu)如下：

主從數(shù)據(jù)庫分離.png

6.使用分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
任何強大的單一服務(wù)器都滿足不了大型網(wǎng)站持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)庫經(jīng)過讀寫分離后拆分成兩臺服務(wù)器，但是隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展并不能滿足網(wǎng)站的需求，這是可以將數(shù)據(jù)庫部署為分布式數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫拆分的最后階段，只有當(dāng)單表的數(shù)據(jù)量特別大時才使用這種方式。數(shù)據(jù)庫的分布式部署并不是沒有依據(jù)，而是根據(jù)網(wǎng)站的業(yè)務(wù)模塊進行拆分，將一個模塊的數(shù)據(jù)存放到某個數(shù)據(jù)庫中，這樣訪問不同模塊時，應(yīng)用可以訪問不同的數(shù)據(jù)庫。

使用分布式文件和分布式數(shù)據(jù)庫之后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

分布式數(shù)據(jù)庫.png

7.使用NoSQL和搜索引擎

現(xiàn)在使用的數(shù)據(jù)庫都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫每條記錄和程序都有對應(yīng)關(guān)系，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲的時候?qū)⒔M成字段相同的一條記錄存放在同一個表中。隨著數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，出現(xiàn)了非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，NoSQL（Not Only SQL），非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用鍵值對的形式存放數(shù)據(jù)，少了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的約束，查詢起來比較方便和快速。同時有更快的查詢技術(shù)搜索引擎。

如果系統(tǒng)的數(shù)據(jù)非常多，單表中的數(shù)據(jù)非常多，此時查詢數(shù)據(jù)如果查詢?nèi)砭蜁浅Ｂ榱颂岣卟樵兊男士梢栽趹?yīng)用中引入非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和搜索引擎。引入非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和搜索引擎之后的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如下：

搜索引擎和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的引入.png

8.業(yè)務(wù)拆分

當(dāng)網(wǎng)站的業(yè)務(wù)邏輯比較多的時候，如果將不同的業(yè)務(wù)模塊都放在一個應(yīng)用中，此時應(yīng)用的負載比較大，如果將不同的業(yè)務(wù)部署在不同的服務(wù)器上，當(dāng)用戶訪問網(wǎng)站頁面中不同的模塊時，頁面將請求分發(fā)到不同的應(yīng)用上，這樣可以減小單個應(yīng)用的壓力，提高網(wǎng)站的響應(yīng)速度。應(yīng)用和應(yīng)用之間通過一個超鏈接建立關(guān)系，也可以通過消息隊列進行數(shù)據(jù)分發(fā)來構(gòu)成一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)。
將整個應(yīng)用進行業(yè)務(wù)拆分并將不同的業(yè)務(wù)部署到不同的服務(wù)器上之后，構(gòu)成了以下的網(wǎng)站結(jié)構(gòu)：

業(yè)務(wù)拆分.png

讀后感：
通過第一篇章，了解了大型網(wǎng)站由小變大的一個過程，從原理方面了解了大型項目的整體架構(gòu)，以及在每個不同的階段制約整個應(yīng)用的瓶頸。同時也可以當(dāng)作自己一個進階的路徑，現(xiàn)在的大型項目不一定都是采用這種架構(gòu)，但是原理相通。在這些環(huán)節(jié)中，哪個堤防薄弱可以在哪些地方多下功夫，畢竟，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以后都朝著這個方向發(fā)展！