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大型網(wǎng)站的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來自于龐大的用戶，高并發(fā)的訪問和海量的數(shù)據(jù)，任何簡單的業(yè)務(wù)一旦需要處理數(shù)以P計(jì)的數(shù)據(jù)和面對數(shù)以億計(jì)的用戶，問題就會變得很棘手。大型網(wǎng)站架構(gòu)主要就是解決這類問題。

初始階段的網(wǎng)站架構(gòu)大型網(wǎng)站都是從小型網(wǎng)站發(fā)展而來，網(wǎng)站架構(gòu)也是一樣，是從小型網(wǎng)站架構(gòu)逐步演化而來。小型網(wǎng)站開始時(shí)沒有太多人訪問，只需要一臺服務(wù)器就綽綽有余。

應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫、文件等所有的資源都在一臺服務(wù)器上。通常服務(wù)器操作系統(tǒng)使用Linux，應(yīng)用程序使用PHP開發(fā)，然后部署在Apache上，數(shù)據(jù)庫使用MySQL，匯集各種免費(fèi)開源軟件及一臺廉價(jià)服務(wù)器就可以開始網(wǎng)站的發(fā)展之路了。

應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)分離

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展，一臺服務(wù)器逐漸不能滿足需求：越來越多的用戶訪問導(dǎo)致性能越來越差，越來越多的數(shù)據(jù)導(dǎo)致存儲空間不足。這時(shí)就需要將應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離。應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離后整個網(wǎng)站使用三臺服務(wù)器：應(yīng)用服務(wù)器、文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。這三臺服務(wù)器對硬件資源的要求各不相同，應(yīng)用服務(wù)器需要處理大量的業(yè)務(wù)邏輯，因此需要更快更強(qiáng)大的CPU；數(shù)據(jù)庫服務(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)器需要存儲大量用戶上傳的文件，因此需要更大的硬盤。 

應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)分離應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離后，不同特性的服務(wù)器承擔(dān)不同的服務(wù)角色，網(wǎng)站的并發(fā)處理能力和數(shù)據(jù)存儲空間得到了很大改善，支持網(wǎng)站業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展。但是隨著用戶逐漸增多，網(wǎng)站又一次面臨挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)庫壓力太大導(dǎo)致訪問延遲，進(jìn)而影響整個網(wǎng)站的性能，用戶體驗(yàn)受到影響。這時(shí)需要對網(wǎng)站架構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

使用緩存改善網(wǎng)站性能

網(wǎng)站訪問特點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)世界的財(cái)富分配一樣遵循二八定律：80％的業(yè)務(wù)訪問集中在20％的數(shù)據(jù)上。淘寶買家瀏覽的商品集中在少部分成交數(shù)多、評價(jià)良好的商品上；百度搜索關(guān)鍵詞集中在少部分熱門詞匯上；只有經(jīng)常登錄的用戶才會發(fā)微博、看微博，而這部分用戶也只占總用戶數(shù)目的一小部分。

既然大部分的業(yè)務(wù)訪問集中在一小部分?jǐn)?shù)據(jù)上，那么如果把這一小部分?jǐn)?shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中，是不是就可以減少數(shù)據(jù)庫的訪問壓力，提高整個網(wǎng)站的數(shù)據(jù)訪問速度，改善數(shù)據(jù)庫的寫入性能了呢？

網(wǎng)站使用的緩存可以分為兩種：緩存在應(yīng)用服務(wù)器上的本地緩存和緩存在專門的分布式緩存服務(wù)器上的遠(yuǎn)程緩存。本地緩存的訪問速度更快一些，但是受應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)存限制，其緩存數(shù)據(jù)量有限，而且會出現(xiàn)和應(yīng)用程序爭用內(nèi)存的情況。遠(yuǎn)程分布式緩存可以使用集群的方式，部署大內(nèi)存的服務(wù)器作為專門的緩存服務(wù)器，可以在理論上做到不受內(nèi)存容量限制的緩存服務(wù)使用緩存后，數(shù)據(jù)訪問壓力得到有效緩解，但是單一應(yīng)用服務(wù)器能夠處理的請求連接有限，在網(wǎng)站訪問高峰期，應(yīng)用服務(wù)器成為整個網(wǎng)站的瓶頸。

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

使用集群是青島網(wǎng)站建設(shè)解決高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)問題的常用手段。當(dāng)一臺服務(wù)器的處理能力、存儲空間不足時(shí)，不要企圖去換更強(qiáng)大的服務(wù)器，對大型網(wǎng)站而言，不管多么強(qiáng)大的服務(wù)器，都滿足不了網(wǎng)站持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求。這種情況下，更恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ窃黾右慌_服務(wù)器分擔(dān)原有服務(wù)器的訪問及存儲壓力。

對網(wǎng)站架構(gòu)而言，只要能通過增加一臺服務(wù)器的方式改善負(fù)載壓力，就可以以同樣的方式持續(xù)增加服務(wù)器不斷改善系統(tǒng)性能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性。應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集群是網(wǎng)站可伸縮集群架構(gòu)設(shè)計(jì)中較為簡單成熟的一種。

應(yīng)用服務(wù)器集群部署通過負(fù)載均衡調(diào)度服務(wù)器，可將來自用戶瀏覽器的訪問請求分發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器集群中的任何一臺服務(wù)器上，如果有更多的用戶，就在集群中加入更多的應(yīng)用服務(wù)器，使應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載壓力不再成為整個網(wǎng)站的瓶頸。

數(shù)據(jù)庫讀寫分離

網(wǎng)站在使用緩存后，使絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)讀操作訪問都可以不通過數(shù)據(jù)庫就能完成，但是仍有一部分讀操作（緩存訪問不命中、緩存過期）和全部的寫操作需要訪問數(shù)據(jù)庫，在網(wǎng)站的用戶達(dá)到一定規(guī)模后，數(shù)據(jù)庫因?yàn)樨?fù)載壓力過高而成為網(wǎng)站的瓶頸。目前大部分的主流數(shù)據(jù)庫都提供主從熱備功能，通過配置兩臺數(shù)據(jù)庫主從關(guān)系，可以將一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)更新同步到另一臺服務(wù)器上。網(wǎng)站利用數(shù)據(jù)庫的這一功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀寫分離，從而改善數(shù)據(jù)庫負(fù)載壓力。

應(yīng)用服務(wù)器在寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，訪問主數(shù)據(jù)庫，主數(shù)據(jù)庫通過主從復(fù)制機(jī)制將數(shù)據(jù)更新同步到從數(shù)據(jù)庫，這樣當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，就可以通過從數(shù)據(jù)庫獲得數(shù)據(jù)。為了便于應(yīng)用程序訪問讀寫分離后的數(shù)據(jù)庫，通常在應(yīng)用服務(wù)器端使用專門的數(shù)據(jù)訪問模塊，使數(shù)據(jù)庫讀寫分離對應(yīng)用透明。

使用反向代理和CDN加速網(wǎng)站響應(yīng)

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，用戶規(guī)模越來越大，由于中國復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不同地區(qū)的用戶訪問網(wǎng)站時(shí)，速度差別也極大。有研究表明，網(wǎng)站訪問延遲和用戶流失率正相關(guān)，網(wǎng)站訪問越慢，用戶越容易失去耐心而離開。為了提供更好的用戶體驗(yàn)，留住用戶，網(wǎng)站需要加速網(wǎng)站訪問速度。主要手段有使用CDN和反向代理。

CDN和反向代理的基本原理都是緩存，區(qū)別在于CDN部署在網(wǎng)絡(luò)提供商的機(jī)房，使用戶在請求網(wǎng)站服務(wù)時(shí)，可以從距離自己近的網(wǎng)絡(luò)提供商機(jī)房獲取數(shù)據(jù)；而反向代理則部署在網(wǎng)站的中心機(jī)房，當(dāng)用戶請求到達(dá)中心機(jī)房后，首先訪問的服務(wù)器是反向代理服務(wù)器，如果反向代理服務(wù)器中緩存著用戶請求的資源，就將其直接返回給用戶。使用CDN和反向代理的目的都是盡早返回?cái)?shù)據(jù)給用戶，一方面加快用戶訪問速度，另一方面也減輕后端服務(wù)器的負(fù)載壓力。

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(qiáng)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，從一臺服務(wù)器拆分成兩臺服務(wù)器，但是隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展依然不能滿足需求，這時(shí)需要使用分布式數(shù)據(jù)庫。文件系統(tǒng)也是一樣，需要使用分布式文件系統(tǒng)。

分布式數(shù)據(jù)庫是網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫拆分的后手段，只有在單表數(shù)據(jù)規(guī)模非常龐大的時(shí)候才使用。不到不得已時(shí)，網(wǎng)站更常用的數(shù)據(jù)庫拆分手段是業(yè)務(wù)分庫，將不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫部署在不同的物理服務(wù)器上。

使用NoSQL和搜索引擎

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)越來越復(fù)雜，對數(shù)據(jù)存儲和檢索的需求也越來越復(fù)雜，網(wǎng)站需要采用一些非關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)如NoSQL和非數(shù)據(jù)庫查詢技術(shù)如搜索引擎。NoSQL和搜索引擎都是源自互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段，對可伸縮的分布式特性具有更好的支持。應(yīng)用服務(wù)器則通過一個統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問模塊訪問各種數(shù)據(jù)，減輕應(yīng)用程序管理諸多數(shù)據(jù)源的麻煩。

業(yè)務(wù)拆分

大型網(wǎng)站為了應(yīng)對日益復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，通過使用分而治之的手段將整個網(wǎng)站業(yè)務(wù)分成不同的產(chǎn)品線，如大型購物交易網(wǎng)站就會將首頁、商鋪、訂單、買家、賣家等拆分成不同的產(chǎn)品線，分歸不同的業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。具體到技術(shù)上，也會根據(jù)產(chǎn)品線劃分，將一個網(wǎng)站拆分成許多不同的應(yīng)用，每個應(yīng)用獨(dú)立部署維護(hù)。應(yīng)用之間可以通過一個超鏈接建立關(guān)系（在首頁上的導(dǎo)航鏈接每個都指向不同的應(yīng)用地址），也可以通過消息隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，當(dāng)然多的還是通過訪問同一個數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)來構(gòu)成一個關(guān)聯(lián)的完整系統(tǒng)。 

分布式服務(wù)

隨著業(yè)務(wù)拆分越來越小，存儲系統(tǒng)越來越龐大，應(yīng)用系統(tǒng)的整體復(fù)雜度呈指數(shù)級增加，部署維護(hù)越來越困難。由于所有應(yīng)用要和所有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接，在數(shù)萬臺服務(wù)器規(guī)模的網(wǎng)站建設(shè)設(shè)計(jì)中，這些連接的數(shù)目是服務(wù)器規(guī)模的平方，導(dǎo)致存數(shù)據(jù)庫接資源不足，拒絕服務(wù)。既然每一個應(yīng)用系統(tǒng)都需要執(zhí)行許多相同的業(yè)務(wù)操作，比如用戶管理、商品管理等，那么可以將這些共用的業(yè)務(wù)提取出來，獨(dú)立部署。由這些可復(fù)用的業(yè)務(wù)連接數(shù)據(jù)庫，提供共用業(yè)務(wù)服務(wù)，而應(yīng)用系統(tǒng)只需要管理用戶界面，通過分布式服務(wù)調(diào)用共用業(yè)務(wù)服務(wù)完成具體業(yè)務(wù)操作。

大型網(wǎng)站的架構(gòu)演化到這里，基本上大多數(shù)的技術(shù)問題都得以解決，諸如跨數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步和具體網(wǎng)站業(yè)務(wù)相關(guān)的問題也都可以通過組合改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)架構(gòu)來解決。但事物發(fā)展到一定階段，就會擁有自身的發(fā)展沖動，擺脫其初衷，向著使自己更強(qiáng)大的方向發(fā)展。既然大型網(wǎng)站架構(gòu)解決了海量數(shù)據(jù)的管理和高并發(fā)事務(wù)的處理，那么就可以把這些解決方案應(yīng)用到網(wǎng)站自身以外的業(yè)務(wù)上去。我們看到目前許多大型網(wǎng)站建設(shè)云計(jì)算平臺，將計(jì)算作為一種基礎(chǔ)資源出售，中小網(wǎng)站不需要再關(guān)心技術(shù)架構(gòu)問題，只需要按需付費(fèi)，就可以使網(wǎng)站隨著業(yè)務(wù)的增長逐漸獲得更大的存儲空間和更多的計(jì)算資源。