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網站架構設計分析及分層架構要素
2018-03-17 17:52:04
為了使網站這個虛擬的大建筑能夠應對高并發訪問，海量數據處理，高可靠運行等一系列問題，架構要素和分層架構是必不可少的，就猶如蓋房子要用建筑材料一層一層蓋一樣。滿山紅網站建設接下來為您一一詳細解答。
整個架構一般可以分為 應用層、服務層、數據層。實踐中大的分層結構中還可以繼續分層，比如應用層還可以繼續分為視圖層和業務邏輯層，服務層也可以繼續細分為數據接口層、邏輯處理層等。
通過分層，把一個龐大的系統切分為不同的部分，便于分工開發和維護;各層之間相互有一定的獨立性，在網站的開發中可以根據不同的需求進行相應的調整。邏輯上分層之后，在物理部署上也可以根據需求制定不同的策略，剛開始可以部署在同一臺物理機上，但是隨著業務的發展，必然要對不同的模塊進行分離部署
分層架構不僅僅是為了規劃軟件的邏輯結構以便于開發維護，隨著網站的發展，分層架構對網站的高并發分布式架構來說尤為重要，進行了分層以后，接下來可以從縱向進行業務分割，根據不同的業務模塊一個項目劃分成不同的模塊交給單獨的團隊去開發部署，完成后分別部署在不同的服務器上，通過鏈接進行互聯。再根據不同情況來對不同的節點進行冗余來保證網站的高可用性，接下來進行緩存，CDN，反向代理等等的優化。
1、架構要素
對于一個高訪問量，大數據量的網站我們考慮什么呢?
1.1、性能
首先就是性能了，性能是一個網站的的重要指標，除非是沒得選擇，就這一個網站，不然用戶是絕對不會忍受一個超級慢的網站。正因為性能問題無處不在，解決性能問題的方式也各種各樣，從用戶請求一個 url 開始，進行的每一個環節都可以進行優化;根據上面的分層，可以大致從三個方面進行優化，應用層優化，服務層優化，數據層優化。
涉及到的知識就是 web 前端的優化，應用服務器端的優化和數據的存儲，索引，緩存等，這些在后面的內容里會分別展開細說，但性能只是一個網站的必要條件，除此之外，因為無法預知網站可能會面臨的壓力或是攻擊，還要保證網站在各種情境下(高并發，高負載，持續壓力不均勻等)保持穩定的性能。包括以下各個方面：性能測試指標、性能測試方法、性能優化策略。
性能測試指標
主要的性能測試指標有響應時間、并發數、吞吐量、性能計數器等。
響應時間
指的是從發出這個請求開始到接收到數據的時間，一般情況下這個時間都非常非常的小甚至小于測試的誤差值，所以我們可以采用重復請求的方式來獲取具體的響應時間，比如請求十萬次，記錄總時間，然后計算出單次請求的時間
并發數
指能夠同時處理的請求數目，對于網站而言，即并發用戶數
吞吐量
是單位時間能能夠處理的請求數，體現的系統的整體處理能力> 衡量指標有很多，可以是 請求數/秒 頁面數/秒 訪問人數/天 處理業務數/小時 等> 常用的量化指標有 TPS(每秒事務數) HPS(每秒 HTTP 請求數) QPS(每秒查詢數)等
性能計數器
描述服務器或操作系統的一些性能指標，包括系統負載(System Load)，線程數，內存使用，磁盤和網絡 I/O 等，當這些值超過警告值(安全臨界值)時，就會向開發人員報警，及時處理異常。
性能測試方法
性能測試是一個統稱，具體可以分為 性能測試，負載測試，壓力測試，穩定性測試。
性能測試
以初期設計的指標為預期目標，不斷對系統施壓，看系統在預期的范圍內，能否達到預期的性能
負載測試
對系統不斷增加并發請求以增加系統壓力，直到系統某項或多項指標達到安全臨界值，這時繼續對系統施加壓力，系統的處理能力會有所下降
壓力測試
在超過安全負載的情況下，繼續施壓，直到系統崩潰或不再能夠處理任何請求，以此來計算系統的最大壓力承受能力
穩定性測試
在一定的壓力(不均勻施壓)下，系統能夠穩定的運行較長時間
性能優化策略
要定位問題產生原因，排查不同環節的日志，分析哪個環節的響應時間與預期不相符，然后分析影響性能的原因，是代碼問題還是架構設計不合理，或者系統資源不足，然后根據實際問題進行解決。
1.2、可用性
對于大型網站而言，出現宕機的情況是可怕的，因為可能有上千萬的用戶量，短短幾分鐘的宕機都有可能導致網站聲譽掃地，如果是電商類的網站，更可能會導致用戶的財產損失，甚至會攤上官司，那時候損失的就不僅是金錢和用戶了，因此要保證能夠提供每天 24 小時的可用，但實際中服務器并不能保證每天 24 小時都能平穩的運行，可能出現硬件問題，也可能出現軟件問題，總之問題總是會有的。
所以我們高可用設計的目標就是在某些服務器宕機的情況下，也能夠保證服務或應用正常運行，網站高可用的主要手段是冗余，應用部署在多臺服務器上同時提供訪問，數據存儲在多臺數據服務器之間互相進行熱備份，這樣任何一臺服務器宕機都不會影響服務或應用的整體，也不會產生數據丟失。
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對于應用服務器而言，多臺應用服務器通過一個負載均衡設備組成一個集群同時對外提供服務，當一臺服務器宕機后，服務切換到其他服務器上繼續執行，這樣就可以保證了網站的高可用性，前提是應用服務器不允許存儲用戶會話信息，否則將會丟失，這樣即使用戶請求轉接到其他服務器上面也無法繼續執行。
對于數據存儲服務器，要提供服務器之間的實時備份，這樣當一臺服務器宕機的時候，將數據訪問切換到其他服務器上，并進行數據恢復和備份，衡量一個系統架構設計是否滿足高可用的目標，就是假設其中一臺或多臺服務器宕機以及出現各種不可預期的問題時，系統整體是否依然可用。
1.3、伸縮性
面對著大量用戶的高并發訪問和海量的數據存儲，不可能只用一臺服務器就能夠滿足全部需求，存儲全部數據。通過集群 的方式將多臺服務器組成一個整體共同提供服務，所謂伸縮性就是指通過不斷向集群中加入服務器的手段來應對不斷上升的用戶并發訪問壓力和不斷增長的數據存儲需求，對于應用服務器集群，只要服務器上不存儲數據，所有的服務器都是對等的，通過使用合適的負載均衡設備就可以向集群中不斷加入新的服務器。
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對于緩存服務器而言，加入新的服務器可能會導致緩存路由失效，從而導致大部分的緩存數據都無法訪問，需要改進緩存路由算法來保證緩存數據可訪問，關系數據庫雖然支持數據復制，主從熱備份等機制，但是很難實現大規模集群的可伸縮性。
1.4、可擴展性
網站的擴展性直接關系到網站功能模塊的開發，網站快速發展，功能也不斷的增加，網站架構的可擴展性的主要目的是使其能夠快速的應對需求變化，是為了能夠在增加新業務時，盡量實現對現有產品無影響，不需要改動或是改動很少現有業務就能夠上線新產品;不同的產品業務之間的耦合度很小，一個產品或業務的改動不會對其他造成影響。
1.5、安全性
最后的就是安全性了，互聯網是一個開放的平臺，任何人在任何地方都可以訪問網站，安全架構就是保護網站不受惡意的訪問和攻擊，保護數據不被竊取。
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