随需应变:网站的可扩展架构

为什么有的网站必须规定系统发布日,一到系统发布日就如临大敌,整个技术部加班通宵达旦;而有的网站却可以随时发布,新功能可以快速上线。
这些都有赖于网站的可扩展性架构设计,就是在对现有系统影响最小的情况下,系统功能可持续扩展及提升的能力。
扩展性和伸缩性是有很大区别的,千万不要误用。

  • 扩展性
    指对现有系统影响最小的情况下,系统功能可持续提升和扩展的能力。表现在系统基础设施稳定不需要经常变更,应用之间较少依赖和耦合,对需求变更可以敏捷响应。它是系统架构设计层面的开闭原则,架构设计考虑未来扩展,当系统增加新功能时,不需要对现有系统的结构和代码进行修改。
  • 伸缩性
    指系统能够通过增加(减少)自身资源规模的方式增强(减少)自身计算处理事务的能力。在网站架构中,通常指利用集群的方式增加服务器数量、提高系统的整体事务吞吐能力。

1 构建可扩展的网站架构

开发低耦合系统是软件开发设计的终极目标之一,这一目标驱动着软件开发技术的创新和发展。可以说,度量一个开发模式、设计模式、编程语言的优劣的重要尺度就是衡量它是不是让软件开发过程和软件产品更加低耦合。那么,如何分解系统的各个模块,如何定义各个模块的接口,如何复用不同的组合模块构造成一个完整的系统,这是软件设计中最有挑战的部分。
软件架构师最大的价值在于具有将一个最大系统切分成N个低耦合的子模块的能力,这些子模块包含横向的业务模块,也包含纵向的基础技术模块。
设计网站可扩展架构的核心思想是模块化,并在此基础上,降低模块间的耦合性,提高模块的复用性。
在大型网站中,这些模块通过分布式部署的方式,独立的模块部署在独立的服务器上,从物理上分离模块之间的耦合关系,进一步降低耦合性提高复用性。
模块分布式部署以后具体聚合方式主要有分布式消息队列和分布式服务。

2 利用分布式消息队列降低系统耦合性

如果模块间不存在直接调用,那么新增模块调用和修改模块就对其他模块影响最小,这样系统的可扩展性无疑最好。

2.1 事件驱动架构

事件驱动架构:通过在低耦合的模块中传递事件消息,以保持模块的松散耦合,并借助事件消息的通信完成模块间合作,最常见的就是分布式消息队列。
利用消息队列实现的事件驱动架构

由于消息发送不需要等待消息接收者处理数据就可以返回,系统具有更好的响应延迟,同时,在网站访问高峰,消息可以暂时存储在消息队列中,等待消息接收者根据自身负载处理能力控制消息处理速度,减轻数据库等后端存储的负载压力。

2.2 分布式消息队列

队列是先进先出的数据结构,分布式消息队列可以看做将这种数据结构部署到独立的服务器上,应用程序可以通过远程访问接口使用分布式消息队列,进行消息存取操作,进而实现分布式的消息调用。原理如下图所示
分布式消息队列框架原理

3 利用分布式服务打造可复用的业务平台

使用分布式服务是降低系统耦合性的另一个重要手段,如果说分布式消息队列通过消息对象实现系统耦合性,不同子系统处理同一个消息;那么分布式服务则通过接口分解系统耦合性,不同子系统通过相同的接口描述进行服务调用。

3.1 大型网站分布式服务的需求与特点

  • 负载均衡
  • 失效转移
  • 高效的远程通信
  • 整合异构系统
  • 对应用最少入侵
  • 版本管理
  • 实时监控

3.2 分布式服务框架设计

以阿里巴巴分布式开源框架Dubbo为例,分析其架构设计,如图所示
分布式服务框架Dubbo的架构原理

服务消费者通过服务接口使用服务,而服务接口通过代理加载接口。应用程序只需要调用fwu服务接口,服务框架根据配置自动调用本地或远程实现。
服务框架客户端模块通过注册中心加载服务提供者列表,如果服务调用失败,客户端模块会自动从服务提供者模块选择一个可提供同样服务的另一台服务器重新加载服务,实现服务的自动失效转移,保证服务高用性。
Dubbo的远程通信服务模块支持多种通信协议和数据序列化协议,使用NIO通信框架,具有较高的网络通信性能。

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