09 | 架构设计原则案例

淘宝技术发展主要经历了“个人网站”→“Oracle/ 支付宝 / 旺旺”→“Java 时代 1.0”→“Java 时代 2.0”→“Java 时代 3.0”→“分布式时代”。每个阶段的主要驱动力是什么。

1. 个人网站

淘宝当时在初创时,没有过多考虑技术是否优越、性能是否海量以及稳定性如何,主要的考虑因素就是:快!

买一个什么样的网站?方便地扩展和二次开发。答案是:轻量一点的,简单一点的。

买一个系统是为了“快速可用”,而买一个轻量级的系统是为了“快速开发”。主要遵循的是“合适原则”和“简单原则”。第一代的技术架构如图所示。

2.Oracle/ 支付宝 / 旺旺

在 2003 年底,MySQL 已经撑不住了。

一般人或者团队在这个时候,可能就开始优化系统、优化架构、分拆业务了,因为这些是大家耳熟能详也很拿手的动作。淘宝这个时候:换 Oracle 的原因除了它容量大、稳定、安全、性能高,还有人才方面的原因。

除了购买 Oracle,后来为了优化,又买了更强大的存储:

后来数据量变大了,本地存储不行了。买了 NAS(Network Attached Storage,网络附属存储),NetApp 的 NAS 存储作为了数据库的存储设备,加上 Oracle RAC(Real Application Clusters,实时应用集群)来实现负载均衡。

第一阶段买的是“方案”,这个阶段买的就是“性能”,这里架构设计和选择主要遵循的还是“合适原则”和“简单原则”。

3. 脱胎换骨的 Java 时代 1.0

淘宝切换到 Java 的原因很有趣,主要因为找了一个 PHP 的开源连接池 SQL Relay 连接到 Oracle,而这个代理经常死锁,死锁了就必须重启,而数据库又必须用 Oracle,于是决定换个开发语言。最后淘宝挑选了 Java,而且当时挑选 Java,也是请 Sun 公司的人,这帮人很历害,先是将淘宝网站从 PHP 热切换到了 Java,后来又做了支付宝。

频繁的死锁和重启对用户业务产生了严重的影响,从业务的角度来看这是不得不解决的技术问题。

但这次淘宝为什么没有去“买”呢?我们看最初选择 SQL Relay 的原因:

但对于 PHP 语言来说,它是放在 Apache 上的,每一个请求都会对数据库产生一个连接,它没有连接池这种功能(Java 语言有 Servlet 容器,可以存放连接池)。那如何是好呢?这帮人打探到 eBay 在 PHP 下面用了一个连接池的工具,是 BEA 卖给他们的。我们知道 BEA 的东西都很贵,我们买不起,于是多隆在网上寻寻觅觅,找到一个开源的连接池代理服务 SQL Relay。

不清楚当时到底有多贵,Oracle 都可以买,连接池买不起 ?所以我个人感觉这次切换语言,更多是为以后业务发展做铺垫,毕竟当时 PHP 语言远远没有 Java 那么火、那么好招人。淘宝选择 Java 语言的理由可以从侧面验证这点:

Java 是当时最成熟的网站开发语言,它有比较良好的企业开发框架,被世界上主流的大规模网站普遍采用,另外有 Java 开发经验的人才也比较多,后续维护成本会比较低。

综合来看,这次架构的变化没有再简单通过“买”来解决,而是通过重构来解决,架构设计和选择遵循了“演化原则”

4. 坚若磐石的 Java 时代 2.0

Java 时代 2.0,淘宝做了很多优化工作:数据分库、放弃 EJB、引入 Spring、加入缓存、加入 CDN、采用开源的 JBoss。看起来没有章法可循,其实都是围绕着提高容量、提高性能、节约成本来做的。

就是“买”也搞不定了,此时的业务发展情况是这样的:随着数据量的继续增长,到了 2005 年,商品数有 1663 万,PV 有 8931 万,注册会员有 1390 万,这给数据和存储带来的压力依然很大,数据量大,性能就慢。

整个架构上去进行调整和优化。比如说 Oracle 再强大,在做 like 类搜索的时候,也不可能做到纯粹的搜索系统如 Solr、Sphinx 等的性能,因为这是机制决定的。

另外,随着规模的增大,纯粹靠买的一个典型问题开始成为重要的考虑因素,那就是成本。当买一台两台 Oracle 的时候,可能对成本并不怎么关心,但如果要买 100 台 Oracle,成本就是一个关键因素了。这就是“量变带来质变”的一个典型案例,业务和系统发生质变后,架构设计遵循“演化原则”的思想,需要再一次重构甚至重写。

5.Java 时代 3.0 和分布式时代

Java 时代 3.0 我个人认为是淘宝技术飞跃的开始,商用转为“自研”,典型的就是去 IOE 化。

分布式时代我认为是淘宝技术的修炼成功,到了这个阶段,自研技术已经自成一派,除了支撑本身的海量业务,也开始影响整个互联网的技术发展。

到了这个阶段,业务规模急剧上升后,原来并不是主要复杂度的 IOE 成本开始成为了主要的问题,因此通过自研系统来降低 IOE 的成本去 IOE 也是系统架构的再一次演化。

手机 QQ

注:以下部分内容摘自《QQ 1.4 亿在线背后的故事》。

手机 QQ 的发展历程按照用户规模可以粗略划分为 4 个阶段:十万级、百万级、千万级、亿级,不同的用户规模,IM 后台的架构也不同,而且基本上都是用户规模先上去,然后产生各种问题,倒逼技术架构升级。

1. 十万级 IM 1.X

最开始的手机 QQ 后台是这样的,可以说是简单得不能再简单、普通得不能再普通的一个架构了,因为当时业务刚开始,架构设计遵循的是“合适原则”和“简单原则”

2. 百万级 IM 2.X

随着业务发展到 2001 年,QQ 同时在线人数也突破了一百万。第一代架构很简单,明显不可能支撑百万级的用户规模,主要的问题有:

以接入服务器的内存为例,单个在线用户的存储量约为 2KB,索引和在线状态为 50 字节,好友表 400 个好友 × 5 字节 / 好友 = 2000 字节,大致来说,2GB 内存只能支持一百万在线用户。

CPU/ 网卡包量和流量 / 交换机流量等瓶颈

单台服务器支撑不下所有在线用户 / 注册用户。

于是针对这些问题做架构改造,按照“演化原则”的指导进行了重构,重构的方案相比现在来说也还是简单得多,因此当时做架构设计时也遵循了“合适原则”和“简单原则”。IM 2.X 的最终架构如图所示。

3. 千万级 IM 3.X

业务发展到 2005 年,QQ 同时在线人数突破了一千万。第二代架构支撑百万级用户是没问题的,但支撑千万级用户又会产生新问题,表现有:

同步流量太大,状态同步服务器遇到单机瓶颈。

所有在线用户的在线状态信息量太大,单台接入服务器存不下,如果在线数进一步增加,甚至单台状态同步服务器也存不下。

单台状态同步服务器支撑不下所有在线用户。

单台接入服务器支撑不下所有在线用户的在线状态信息。

针对这些问题,架构需要继续改造升级,再一次“演化”。IM 3.X 的最终架构如下图,可以看到这次的方案相比之前的方案来说并不简单了,这是业务特性决定的。

4. 亿级 IM 4.X

业务发展到 2010 年 3 月,QQ 同时在线人数过亿。第三代架构此时也不适应了,主要问题有:

灵活性很差,比如“昵称”长度增加一半,需要两个月;增加“故乡”字段,需要两个月;最大好友数从 500 变成 1000,需要三个月。

无法支撑某些关键功能,比如好友数上万、隐私权限控制、PC QQ 与手机 QQ 不可互踢、微信与 QQ 互通、异地容灾。

除了不适应,还有一个更严重的问题:

IM 后台从 1.0 到 3.5 都是在原来基础上做改造升级的,但是持续打补丁已经难以支撑亿级在线,IM 后台 4.0 必须从头开始,重新设计实现!

这里再次遵循了“演化原则”,决定重新打造一个这么复杂的系统,不得不佩服当时决策人的勇气和魄力!

重新设计的 IM 4.0 架构如图所示,和之前的架构相比,架构本身都拆分为两个主要的架构:存储架构和通信架构

存储架构

通信架构

小结

搜索一个互联网大厂(BATJ、TMD 等)的架构发展案例,分析一下其发展过程,看看哪些地方体现了这三条架构设计原则。

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