如何一步步構(gòu)建大型網(wǎng)站架構(gòu)

今天創(chuàng)新互聯(lián)來(lái)談?wù)勔粋€(gè)網(wǎng)站一般是如何一步步來(lái)構(gòu)建起系統(tǒng)架構(gòu)的，雖然我們希望網(wǎng)站一開(kāi)始就能有一個(gè)很好的架構(gòu)，但馬克思告訴我們事物是在發(fā)展中不斷前進(jìn)的，網(wǎng)站架構(gòu)也是隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)大、用戶的需求不斷完善的，下面是一個(gè)網(wǎng)站架構(gòu)逐步發(fā)展的基本過(guò)程，讀完后，請(qǐng)思考，你現(xiàn)在在哪個(gè)階段。

架構(gòu)演變第一步：物理分離WebServer和數(shù)據(jù)庫(kù)

最開(kāi)始，由于某些想法，于是在互聯(lián)網(wǎng)上搭建了一個(gè)網(wǎng)站，這個(gè)時(shí)候甚至有可能主機(jī)都是租借的，但由于這篇文章我們只關(guān)注架構(gòu)的演變歷程，因此就假設(shè)這個(gè)時(shí)候已經(jīng)是托管了一臺(tái)主機(jī)，并且有一定的帶寬了。這個(gè)時(shí)候由于網(wǎng)站具備了一定的特色，吸引了部分人訪問(wèn)，逐漸你發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力越來(lái)越高，響應(yīng)速度越來(lái)越慢，而這個(gè)時(shí)候比較明顯的是數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用互相影響，應(yīng)用出問(wèn)題了，數(shù)據(jù)庫(kù)也很容易出現(xiàn)問(wèn)題，而數(shù)據(jù)庫(kù)出問(wèn)題的時(shí)候，應(yīng)用也容易出問(wèn)題。于是進(jìn)入了第一步演變階段：將應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)從物理上分離，變成了兩臺(tái)機(jī)器，這個(gè)時(shí)候技術(shù)上沒(méi)有什么新的要求，但你發(fā)現(xiàn)確實(shí)起到效果了，系統(tǒng)又恢復(fù)到以前的響應(yīng)速度了，并且支撐住了更高的流量，并且不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用形成互相的影響。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

架構(gòu)演變第二步：增加頁(yè)面緩存

好景不長(zhǎng)，隨著訪問(wèn)的人越來(lái)越多，你發(fā)現(xiàn)響應(yīng)速度又開(kāi)始變慢了，查找原因，發(fā)現(xiàn)是訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作太多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)連接競(jìng)爭(zhēng)激烈，所以響應(yīng)變慢。但數(shù)據(jù)庫(kù)連接又不能開(kāi)太多，否則數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器壓力會(huì)很高，因此考慮采用緩存機(jī)制來(lái)減少數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源的競(jìng)爭(zhēng)和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)讀的壓力。這個(gè)時(shí)候首先也許會(huì)選擇采用squid等類似的機(jī)制來(lái)將系統(tǒng)中相對(duì)靜態(tài)的頁(yè)面（例如一兩天才會(huì)有更新的頁(yè)面）進(jìn)行緩存（當(dāng)然，也可以采用將頁(yè)面靜態(tài)化的方案），這樣程序上可以不做修改，就能夠很好的減少對(duì)WebServer的壓力以及減少數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源的競(jìng)爭(zhēng)，OK，于是開(kāi)始采用squid來(lái)做相對(duì)靜態(tài)的頁(yè)面的緩存。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

前端頁(yè)面緩存技術(shù)，例如squid，如想用好的話還得深入掌握下squid的實(shí)現(xiàn)方式以及緩存的失效算法等。

架構(gòu)演變第三步：增加頁(yè)面片段緩存

增加了squid做緩存后，整體系統(tǒng)的速度確實(shí)是提升了，WebServer的壓力也開(kāi)始下降了，但隨著訪問(wèn)量的增加，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)又開(kāi)始變的有些慢了。在嘗到了squid之類的動(dòng)態(tài)緩存帶來(lái)的好處后，開(kāi)始想能不能讓現(xiàn)在那些動(dòng)態(tài)頁(yè)面里相對(duì)靜態(tài)的部分也緩存起來(lái)呢，因此考慮采用類似ESI之類的頁(yè)面片段緩存策略，OK，于是開(kāi)始采用ESI來(lái)做動(dòng)態(tài)頁(yè)面中相對(duì)靜態(tài)的片段部分的緩存。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

頁(yè)面片段緩存技術(shù)，例如ESI等，想用好的話同樣需要掌握ESI的實(shí)現(xiàn)方式等；

架構(gòu)演變第四步：數(shù)據(jù)緩存

在采用ESI之類的技術(shù)再次提高了系統(tǒng)的緩存效果后，系統(tǒng)的壓力確實(shí)進(jìn)一步降低了，但同樣，隨著訪問(wèn)量的增加，系統(tǒng)還是開(kāi)始變慢。經(jīng)過(guò)查找，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在一些重復(fù)獲取數(shù)據(jù)信息的地方，像獲取用戶信息等，這個(gè)時(shí)候開(kāi)始考慮是不是可以將這些數(shù)據(jù)信息也緩存起來(lái)呢，于是將這些數(shù)據(jù)緩存到本地內(nèi)存，改變完畢后，完全符合預(yù)期，系統(tǒng)的響應(yīng)速度又恢復(fù)了，數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力也再度降低了不少。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

緩存技術(shù)，包括像Map數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、緩存算法、所選用的框架本身的實(shí)現(xiàn)機(jī)制等。

架構(gòu)演變第五步： 增加WebServer

好景不長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)訪問(wèn)量的再度增加，webserver機(jī)器的壓力在高峰期會(huì)上升到比較高，這個(gè)時(shí)候開(kāi)始考慮增加一臺(tái)webserver，這也是為了同時(shí)解決可用性的問(wèn)題，避免單臺(tái)的webserver down機(jī)的話就沒(méi)法使用了，在做了這些考慮后，決定增加一臺(tái)webserver，增加一臺(tái)webserver時(shí)，會(huì)碰到一些問(wèn)題，典型的有：

1、如何讓訪問(wèn)分配到這兩臺(tái)機(jī)器上，這個(gè)時(shí)候通常會(huì)考慮的方案是Apache自帶的負(fù)載均衡方案，或LVS這類的軟件負(fù)載均衡方案；

2、如何保持狀態(tài)信息的同步，例如用戶session等，這個(gè)時(shí)候會(huì)考慮的方案有寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)、寫(xiě)入存儲(chǔ)、cookie或同步session信息等機(jī)制等；

3、如何保持?jǐn)?shù)據(jù)緩存信息的同步，例如之前緩存的用戶數(shù)據(jù)等，這個(gè)時(shí)候通常會(huì)考慮的機(jī)制有緩存同步或分布式緩存；

4、如何讓上傳文件這些類似的功能繼續(xù)正常，這個(gè)時(shí)候通常會(huì)考慮的機(jī)制是使用共享文件系統(tǒng)或存儲(chǔ)等；

在解決了這些問(wèn)題后，終于是把webserver增加為了兩臺(tái)，系統(tǒng)終于是又恢復(fù)到了以往的速度。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

負(fù)載均衡技術(shù)（包括但不限于硬件負(fù)載均衡、軟件負(fù)載均衡、負(fù)載算法、linux轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議、所選用的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)等）、主備技術(shù)（包括但不限于ARP欺騙、linuxheart-beat等）、狀態(tài)信息或緩存同步技術(shù)（包括但不限于Cookie技術(shù)、UDP協(xié)議、狀態(tài)信息廣播、所選用的緩存同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)等）、共享文件技術(shù)（包括但不限于NFS等）、存儲(chǔ)技術(shù)（包括但不限于存儲(chǔ)設(shè)備等）。

架構(gòu)演變第六步：分庫(kù)

享受了一段時(shí)間的系統(tǒng)訪問(wèn)量高速增長(zhǎng)的幸福后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)又開(kāi)始變慢了，這次又是什么狀況呢，經(jīng)過(guò)查找，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入、更新的這些操作的部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)連接的資源競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，導(dǎo)致了系統(tǒng)變慢，這下怎么辦呢？此時(shí)可選的方案有數(shù)據(jù)庫(kù)集群和分庫(kù)策略，集群方面像有些數(shù)據(jù)庫(kù)支持的并不是很好，因此分庫(kù)會(huì)成為比較普遍的策略，分庫(kù)也就意味著要對(duì)原有程序進(jìn)行修改，一通修改實(shí)現(xiàn)分庫(kù)后，不錯(cuò)，目標(biāo)達(dá)到了，系統(tǒng)恢復(fù)甚至速度比以前還快了。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

這一步更多的是需要從業(yè)務(wù)上做合理的劃分，以實(shí)現(xiàn)分庫(kù)，具體技術(shù)細(xì)節(jié)上沒(méi)有其他的要求；

但同時(shí)隨著數(shù)據(jù)量的增大和分庫(kù)的進(jìn)行，在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、調(diào)優(yōu)以及維護(hù)上需要做的更好，因此對(duì)這些方面的技術(shù)還是提出了很高的要求的。

架構(gòu)演變第七步：分表、DAL和分布式緩存

隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)行，數(shù)據(jù)量開(kāi)始大幅度增長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)候發(fā)現(xiàn)分庫(kù)后查詢?nèi)匀粫?huì)有些慢，于是按照分庫(kù)的思想開(kāi)始做分表的工作。當(dāng)然，這不可避免的會(huì)需要對(duì)程序進(jìn)行一些修改，也許在這個(gè)時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用自己要關(guān)心分庫(kù)分表的規(guī)則等，還是有些復(fù)雜的。于是萌生能否增加一個(gè)通用的框架來(lái)實(shí)現(xiàn)分庫(kù)分表的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，這個(gè)在ebay的架構(gòu)中對(duì)應(yīng)的就是DAL，這個(gè)演變的過(guò)程相對(duì)而言需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)然，也有可能這個(gè)通用的框架會(huì)等到分表做完后才開(kāi)始做。同時(shí)，在這個(gè)階段可能會(huì)發(fā)現(xiàn)之前的緩存同步方案出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大，導(dǎo)致現(xiàn)在不太可能將緩存存在本地，然后同步的方式，需要采用分布式緩存方案了。于是，又是一通考察和折磨，終于是將大量的數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)移到分布式緩存上了。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

分表更多的同樣是業(yè)務(wù)上的劃分，技術(shù)上涉及到的會(huì)有動(dòng)態(tài)hash算法、consistenthash算法等；

DAL涉及到比較多的復(fù)雜技術(shù)，例如數(shù)據(jù)庫(kù)連接的管理（超時(shí)、異常）、數(shù)據(jù)庫(kù)操作的控制（超時(shí)、異常）、分庫(kù)分表規(guī)則的封裝等；

架構(gòu)演變第八步：增加更多的WebServer

在做完分庫(kù)分表這些工作后，數(shù)據(jù)庫(kù)上的壓力已經(jīng)降到比較低了，又開(kāi)始過(guò)著每天看著訪問(wèn)量暴增的幸福生活了。突然有一天，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的訪問(wèn)又開(kāi)始有變慢的趨勢(shì) 了，這個(gè)時(shí)候首先查看數(shù)據(jù)庫(kù)，壓力一切正常，之后查看webserver，發(fā)現(xiàn)apache阻塞了很多的請(qǐng)求，而應(yīng)用服務(wù)器對(duì)每個(gè)請(qǐng)求也是比較快的，看來(lái)是請(qǐng)求數(shù)太高導(dǎo)致需要排隊(duì)等待，響應(yīng)速度變慢。這還好辦，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)候也會(huì)有些錢了，于是添加一些webserver服務(wù)器，在這個(gè)添加webserver服務(wù)器的過(guò)程，有可能會(huì)出現(xiàn)幾種挑戰(zhàn)：

1、Apache的軟負(fù)載或LVS軟負(fù)載等無(wú)法承擔(dān)巨大的web訪問(wèn)量（請(qǐng)求連接數(shù)、網(wǎng)絡(luò)流量等）的調(diào)度了，這個(gè)時(shí)候如果經(jīng)費(fèi)允許的話，會(huì)采取的方案是購(gòu)買硬件負(fù)載平衡設(shè)備，例如F5、Netsclar、Athelon之類的，如經(jīng)費(fèi)不允許的話，會(huì)采取的方案是將應(yīng)用從邏輯上做一定的分類，然后分散到不同的軟負(fù)載集群中；

2、原有的一些狀態(tài)信息同步、文件共享等方案可能會(huì)出現(xiàn)瓶頸，需要進(jìn)行改進(jìn)，也許這個(gè)時(shí)候會(huì)根據(jù)情況編寫(xiě)符合網(wǎng)站業(yè)務(wù)需求的分布式文件系統(tǒng)等；

在做完這些工作后，開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)看似好的無(wú)限伸縮的時(shí)代，當(dāng)網(wǎng)站流量增加時(shí)，應(yīng)對(duì)的解決方案就是不斷的添加webserver。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

到了這一步，隨著機(jī)器數(shù)的不斷增長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)和對(duì)系統(tǒng)可用性的要求越來(lái)越高，這個(gè)時(shí)候要求對(duì)所采用的技術(shù)都要有更為深入的理解，并需要根據(jù)網(wǎng)站的需求來(lái)做更加定制性質(zhì)的產(chǎn)品。

架構(gòu)演變第九步：數(shù)據(jù)讀寫(xiě)分離和廉價(jià)存儲(chǔ)方案

突然有一天，發(fā)現(xiàn)這個(gè)好的時(shí)代也要結(jié)束了，數(shù)據(jù)庫(kù)的噩夢(mèng)又一次出現(xiàn)在眼前了。由于添加的webserver太多了，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)連接的資源還是不夠用，而這個(gè)時(shí)候又已經(jīng)分庫(kù)分表了，開(kāi)始分析數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力狀況，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)比很高，這個(gè)時(shí)候通常會(huì)想到數(shù)據(jù)讀寫(xiě)分離的方案。當(dāng)然，這個(gè)方案要實(shí)現(xiàn)并不容易，另外，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)上有些浪費(fèi)，或者說(shuō)過(guò)于占用數(shù)據(jù)庫(kù)資源，因此在這個(gè)階段可能會(huì)形成的架構(gòu)演變是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)分離，同時(shí)編寫(xiě)一些更為廉價(jià)的存儲(chǔ)方案，例如BigTable這種。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

數(shù)據(jù)讀寫(xiě)分離要求對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制、standby等策略有深入的掌握和理解，同時(shí)會(huì)要求具備自行實(shí)現(xiàn)的技術(shù)；

廉價(jià)存儲(chǔ)方案要求對(duì)OS的文件存儲(chǔ)有深入的掌握和理解，同時(shí)要求對(duì)采用的語(yǔ)言在文件這塊的實(shí)現(xiàn)有深入的掌握。

架構(gòu)演變第十步：進(jìn)入大型分布式應(yīng)用時(shí)代和廉價(jià)服務(wù)器群夢(mèng)想時(shí)代

經(jīng)過(guò)上面這個(gè)漫長(zhǎng)而痛苦的過(guò)程，終于是再度迎來(lái)了好的時(shí)代，不斷的增加webserver就可以支撐越來(lái)越高的訪問(wèn)量了。對(duì)于大型網(wǎng)站而言，人氣的重要毋庸置疑，隨著人氣的越來(lái)越高，各種各樣的功能需求也開(kāi)始爆發(fā)性的增長(zhǎng)。這個(gè)時(shí)候突然發(fā)現(xiàn)，原來(lái)部署在webserver上的那個(gè)web應(yīng)用已經(jīng)非常龐大 了，當(dāng)多個(gè)團(tuán)隊(duì)都開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，可真是相當(dāng)?shù)牟环奖?，?fù)用性也相當(dāng)糟糕，基本是每個(gè)團(tuán)隊(duì)都做了或多或少重復(fù)的事情，而且部署和維護(hù)也是相當(dāng)?shù)穆闊?。因?yàn)辇嫶蟮膽?yīng)用包在N臺(tái)機(jī)器上復(fù)制、啟動(dòng)都需要耗費(fèi)不少的時(shí)間，出問(wèn)題的時(shí)候也不是很好查，另外一個(gè)更糟糕的狀況是很有可能會(huì)出現(xiàn)某個(gè)應(yīng)用上的bug就導(dǎo) 致了全站都不可用，還有其他的像調(diào)優(yōu)不好操作（因?yàn)闄C(jī)器上部署的應(yīng)用什么都要做，根本就無(wú)法進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)優(yōu)）等因素，根據(jù)這樣的分析，開(kāi)始痛下決心，將系統(tǒng)根據(jù)職責(zé)進(jìn)行拆分，于是一個(gè)大型的分布式應(yīng)用就誕生了，通常，這個(gè)步驟需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)闀?huì)碰到很多的挑戰(zhàn)：

1、拆成分布式后需要提供一個(gè)高性能、穩(wěn)定的通信框架，并且需要支持多種不同的通信和遠(yuǎn)程調(diào)用方式；

2、將一個(gè)龐大的應(yīng)用拆分需要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，需要進(jìn)行業(yè)務(wù)的整理和系統(tǒng)依賴關(guān)系的控制等；

3、如何運(yùn)維（依賴管理、運(yùn)行狀況管理、錯(cuò)誤追蹤、調(diào)優(yōu)、監(jiān)控和報(bào)警等）好這個(gè)龐大的分布式應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)這一步，差不多系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的階段，同時(shí)也能開(kāi)始采用大量的廉價(jià)機(jī)器來(lái)支撐著巨大的訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)量，結(jié)合這套架構(gòu)以及這么多次演變過(guò)程吸取的經(jīng)驗(yàn)來(lái)采用其他各種各樣的方法來(lái)支撐著越來(lái)越高的訪問(wèn)量。

看看這一步完成后系統(tǒng)的圖示：

這一步涉及到了這些知識(shí)體系：

這一步涉及的知識(shí)體系非常的多，要求對(duì)通信、遠(yuǎn)程調(diào)用、消息機(jī)制等有深入的理解和掌握，要求的都是從理論、硬件級(jí)、操作系統(tǒng)級(jí)以及所采用的語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)都有清楚的理解。

最后，附上一張大型網(wǎng)站的架構(gòu)圖：

當(dāng)前名稱：如何一步步構(gòu)建大型網(wǎng)站架構(gòu)
網(wǎng)站鏈接：http://www.bm7419.com/news19/102669.html

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