前言

一個(gè)成熟的大型網(wǎng)站（如淘寶、天貓、騰訊等）的系統(tǒng)架構(gòu)并不是一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就具備完整的高性能、高可用、高伸縮等特性的，它是隨著用戶量的增加，業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)展逐漸演變完善的，在這個(gè)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)模式、技術(shù)架構(gòu)、設(shè)計(jì)思想也發(fā)生了很大的變化，就連技術(shù)人員也從幾個(gè)人發(fā)展到一個(gè)部門甚至一條產(chǎn)品線。所以成熟的系統(tǒng)架構(gòu)是隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展而逐步完善的，并不是一蹴而就；不同業(yè)務(wù)特征的系統(tǒng)，會(huì)有各自的側(cè)重點(diǎn)，例如淘寶，要解決海量的商品信息的搜索、下單、支付，例如騰訊，要解決數(shù)億用戶的實(shí)時(shí)消息傳輸，百度它要處理海量的搜索請(qǐng)求，他們都有各自的業(yè)務(wù)特性，系統(tǒng)架構(gòu)也有所不同。盡管如此我們也可以從這些不同的網(wǎng)站背景下，找出其中共用的技術(shù)，這些技術(shù)和手段廣泛運(yùn)用在大型網(wǎng)站系統(tǒng)的架構(gòu)中，下面就通過(guò)介紹大型網(wǎng)站系統(tǒng)的演化過(guò)程，來(lái)認(rèn)識(shí)這些技術(shù)和手段。

一、最開(kāi)始的網(wǎng)站架構(gòu)

最初的架構(gòu)，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件都部署在一臺(tái)服務(wù)器上，如圖：

二、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、文件分離

隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，一臺(tái)服務(wù)器已經(jīng)不能滿足性能需求，故將應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件各自部署在獨(dú)立的服務(wù)器上，并且根據(jù)服務(wù)器的用途配置不同的硬件，達(dá)到最佳的性能效果。

三、利用緩存改善網(wǎng)站性能

在硬件優(yōu)化性能的同時(shí)，同時(shí)也通過(guò)軟件進(jìn)行性能優(yōu)化，在大部分的網(wǎng)站系統(tǒng)中，都會(huì)利用緩存技術(shù)改善系統(tǒng)的性能，使用緩存主要源于熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的存在，大部分網(wǎng)站訪問(wèn)都遵循28原則（即80%的訪問(wèn)請(qǐng)求，最終落在20%的數(shù)據(jù)上），所以我們可以對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，減少這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)路徑，提高用戶體驗(yàn)。

緩存實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的方式是本地緩存、分布式緩存。當(dāng)然還有CDN、反向代理等，這個(gè)后面再講。本地緩存，顧名思義是將數(shù)據(jù)緩存在應(yīng)用服務(wù)器本地，可以存在內(nèi)存中，也可以存在文件，OSCache就是常用的本地緩存組件。本地緩存的特點(diǎn)是速度快，但因?yàn)楸镜乜臻g有限所以緩存數(shù)據(jù)量也有限。分布式緩存的特點(diǎn)是，可以緩存海量的數(shù)據(jù)，并且擴(kuò)展非常容易，在門戶類網(wǎng)站中常常被使用，速度按理沒(méi)有本地緩存快，常用的分布式緩存是Memcached、Redis。

四、使用集群改善應(yīng)用服務(wù)器性能

應(yīng)用服務(wù)器作為網(wǎng)站的入口，會(huì)承擔(dān)大量的請(qǐng)求，我們往往通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器集群來(lái)分擔(dān)請(qǐng)求數(shù)。應(yīng)用服務(wù)器前面部署負(fù)載均衡服務(wù)器調(diào)度用戶請(qǐng)求，根據(jù)分發(fā)策略將請(qǐng)求分發(fā)到多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。

常用的負(fù)載均衡技術(shù)硬件的有F5，價(jià)格比較貴，軟件的有LVS、Nginx、HAProxy。LVS是四層負(fù)載均衡，根據(jù)目標(biāo)地址和端口選擇內(nèi)部服務(wù)器，Nginx和HAProxy是七層負(fù)載均衡，可以根據(jù)報(bào)文內(nèi)容選擇內(nèi)部服務(wù)器，因此LVS分發(fā)路徑優(yōu)于Nginx和HAProxy，性能要高些，而Nginx和HAProxy則更具配置性，如可以用來(lái)做動(dòng)靜分離（根據(jù)請(qǐng)求報(bào)文特征，選擇靜態(tài)資源服務(wù)器還是應(yīng)用服務(wù)器）。

五、數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離和分庫(kù)分表

隨著用戶量的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)成為最大的瓶頸，改善數(shù)據(jù)庫(kù)性能常用的手段是進(jìn)行讀寫分離以及分庫(kù)分表，讀寫分離顧名思義就是將數(shù)據(jù)庫(kù)分為讀庫(kù)和寫庫(kù)，通過(guò)主備功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。分庫(kù)分表則分為水平切分和垂直切分，水平切分則是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)特大的表進(jìn)行拆分，例如用戶表。垂直切分則是根據(jù)業(yè)務(wù)的不同來(lái)切分，如用戶業(yè)務(wù)、商品業(yè)務(wù)相關(guān)的表放在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

六、使用CDN和反向代理提高網(wǎng)站性能

假如我們的服務(wù)器都部署在成都的機(jī)房，對(duì)于四川的用戶來(lái)說(shuō)訪問(wèn)是較快的，而對(duì)于北京的用戶訪問(wèn)是較慢的，這是由于四川和北京分別屬于電信和聯(lián)通的不同發(fā)達(dá)地區(qū)，北京用戶訪問(wèn)需要通過(guò)互聯(lián)路由器經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的路徑才能訪問(wèn)到成都的服務(wù)器，返回路徑也一樣，所以數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間比較長(zhǎng)。對(duì)于這種情況，常常使用CDN解決，CDN將數(shù)據(jù)內(nèi)容緩存到運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房，用戶訪問(wèn)時(shí)先從最近的運(yùn)營(yíng)商獲取數(shù)據(jù)，這樣大大減少了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的路徑。比較專業(yè)的CDN運(yùn)營(yíng)商有藍(lán)汛、網(wǎng)宿。

而反向代理，則是部署在網(wǎng)站的機(jī)房，當(dāng)用戶請(qǐng)求達(dá)到時(shí)首先訪問(wèn)反向代理服務(wù)器，反向代理服務(wù)器將緩存的數(shù)據(jù)返回給用戶，如果沒(méi)有緩存數(shù)據(jù)才會(huì)繼續(xù)訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器獲取，這樣做減少了獲取數(shù)據(jù)的成本。反向代理有Squid，Nginx。

七、使用分布式文件系統(tǒng)

用戶一天天增加，業(yè)務(wù)量越來(lái)越大，產(chǎn)生的文件越來(lái)越多，單臺(tái)的文件服務(wù)器已經(jīng)不能滿足需求，這時(shí)就需要分布式文件系統(tǒng)的支撐。常用的分布式文件系統(tǒng)有GFS、HDFS、TFS。

八、使用NoSql和搜索引擎

對(duì)于海量數(shù)據(jù)的查詢和分析，我們使用nosql數(shù)據(jù)庫(kù)加上搜索引擎可以達(dá)到更好的性能。并不是所有的數(shù)據(jù)都要放在關(guān)系型數(shù)據(jù)中。常用的NOSQL有mongodb、hbase、redis，搜索引擎有l(wèi)ucene、solr、elasticsearch。

九、將應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行業(yè)務(wù)拆分

隨著業(yè)務(wù)進(jìn)一步擴(kuò)展，應(yīng)用程序變得非常臃腫，這時(shí)我們需要將應(yīng)用程序進(jìn)行業(yè)務(wù)拆分，如百度分為新聞、網(wǎng)頁(yè)、圖片等業(yè)務(wù)。每個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)責(zé)相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)運(yùn)作。業(yè)務(wù)之間通過(guò)消息進(jìn)行通信或者共享數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

十、搭建分布式服務(wù)

這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用都會(huì)使用到一些基本的業(yè)務(wù)服務(wù)，例如用戶服務(wù)、訂單服務(wù)、支付服務(wù)、安全服務(wù)，這些服務(wù)是支撐各業(yè)務(wù)應(yīng)用的基本要素。我們將這些服務(wù)抽取出來(lái)利用分部式服務(wù)框架搭建分布式服務(wù)。阿里的Dubbo是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

小結(jié)

大型網(wǎng)站的架構(gòu)是根據(jù)業(yè)務(wù)需求不斷完善的，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)特征會(huì)做特定的設(shè)計(jì)和考慮，本文只是講述一個(gè)常規(guī)大型網(wǎng)站會(huì)涉及的一些技術(shù)和手段。