【系统架构】大型分布式网站架构技术总结
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本文是学习大型分布式网站架构的技术总结。对架构一个高性能，高可用，可伸缩，可扩展的分布式网站进行了概要性描述，并给出一个架构参考。一部分为读书笔记，一部分是我的经验总结。对大型分布式网站架构有很好的参考价值。（若是感受对你们有帮助，请帮忙点推荐，谢谢。本博客会逐步推出一系列的关于大型分布式网站架构，设计模式，架构模式方面的系列文章，交流群：466097527）前端
本次分享大纲以下算法
- 大型网站的特色
- 大型网站架构目标
- 大型网站架构模式
- 高性能架构
- 高可用架构
- 可伸缩架构
- 可扩展架构
- 安全架构
- 敏捷架构
- 大型架构举例
1、大型网站的特色数据库
- 用户多，分布普遍
- 大流量，高并发
- 海量数据，服务高可用
- 安全环境恶劣，易受网络攻击
- 功能多，变动快，频繁发布
- 从小到大，渐进发展
- 以用户为中心
- 免费服务，付费体验
2、大型网站架构目标设计模式
- 高性能：提供快速的访问体验。
- 高可用：网站服务一直能够正常访问。
- 可伸缩：经过硬件增长/减小，提升/下降处理能力。
- 安全性：提供网站安全访问和数据加密，安全存储等策略。
- 扩展性：方便的经过新增/移除方式，增长/减小新的功能/模块。
- 敏捷性：随需应变，快速响应；
3、大型网站架构模式浏览器
- 分层：通常可分为，应用层，服务层，数据层，管理层，分析层；
- 分割：通常按照业务/模块/功能特色进行划分，好比应用层分为首页，用户中心。
- 分布式：将应用分开部署（好比多台物理机），经过远程调用协同工做。
- 集群：一个应用/模块/功能部署多份（如：多台物理机），经过负载均衡共同提供对外访问。
- 缓存：将数据放在距离应用或用户最近的位置，加快访问速度。
- 异步：将同步的操做异步化。客户端发出请求，不等待服务端响应，等服务端处理完毕后，使用通知或轮询的方式告知请求方。通常指：请求——响应——通知 模式。
- 冗余：增长副本，提升可用性，安全性，性能。
- 安全：对已知问题有有效的解决方案，对未知/潜在问题创建发现和防护机制。
- 自动化：将重复的，不须要人工参与的事情，经过工具的方式，使用机器完成。
- 敏捷性：积极接受需求变动，快速响应业务发展需求。
4、高性能架构缓存
以用户为中心，提供快速的网页访问体验。主要参数有较短的响应时间，较大的并发处理能力，较高的吞吐量，稳定的性能参数。安全
可分为前端优化，应用层优化，代码层优化，存储层优化。服务器
前端优化：网站业务逻辑以前的部分；微信
浏览器优化：减小Http请求数，使用浏览器缓存，启用压缩，Css Js位置，Js异步，减小Cookie传输；
CDN加速，反向代理；
应用层优化：处理网站业务的服务器。使用缓存，异步，集群
代码优化：合理的架构，多线程，资源复用（对象池，线程池等），良好的数据结构，JVM调优，单例，Cache等；
存储优化：缓存，固态硬盘，光纤传输，优化读写，磁盘冗余，分布式存储（HDFS），NOSQL等；
5、高可用架构
大型网站应该在任什么时候候均可以正常访问。正常提供对外服务。由于大型网站的复杂性，分布式，廉价服务器，开源数据库，操做系统等特色。要保证高可用是很困难的，也就是说网站的故障是不可避免的。
如何提升可用性，就是须要迫切解决的问题。首先，须要从架构级别，在规划的时候，就考虑可用性。行业内通常用几个9表示可用性指标。好比四个9（99.99），一年内容许的不可用时间是53分钟。
不一样层级使用的策略不一样，通常采用冗余备份和失效转移解决高可用问题。
应用层：通常设计为无状态的，对于每次请求，使用哪一台服务器处理是没有影响的。通常使用负载均衡技术（须要解决Session同步问题），实现高可用。
服务层：负载均衡，分级管理，快速失败（超时设置），异步调用，服务降级，幂等设计等。
数据层：冗余备份（冷，热备[同步，异步]，温备），失效转移（确认，转移，恢复）。数据高可用方面著名的理论基础是CAP理论（持久性，可用性，数据一致性[强一致，用户一致，最终一致]）
6、可伸缩架构
伸缩性是指在不改变原有架构设计的基础上，经过添加/减小硬件（服务器）的方式，提升/下降系统的处理能力。
应用层：对应用进行垂直或水平切分。而后针对单一功能进行负载均衡（DNS,HTTP[反向代理],IP,链路层）。
服务层：与应用层相似；
数据层：分库，分表，NOSQL等；经常使用算法Hash，一致性Hash。
7、可扩展架构
能够方便的进行功能模块的新增/移除，提供代码/模块级别良好的可扩展性。
模块化，组件化：高内聚，内耦合，提升复用性，扩展性。
稳定接口：定义稳定的接口，在接口不变的状况下，内部结构能够“随意”变化。
设计模式：应用面向对象思想，原则，使用设计模式，进行代码层面的设计。
消息队列：模块化的系统，经过消息队列进行交互，使模块之间的依赖解耦。
分布式服务：公用模块服务化，提供其余系统使用，提升可重用性，扩展性。
8、安全架构
对已知问题有有效的解决方案，对未知/潜在问题创建发现和防护机制。对于安全问题，首先要提升安全意识，创建一个安全的有效机制，从政策层面，组织层面进行保障。好比服务器密码不能泄露，密码每个月更新，而且三次内不能重复；每周安全扫描等。以制度化的方式，增强安全体系的建设。同时，须要注意与安全有关的各个环节。安全问题不容忽视。包括基础设施安全，应用系统安全，数据保密安全等。
基础设施安全：硬件采购，操做系统，网络环境方面的安全。通常采用，正规渠道购买高质量的产品，选择安全的操做系统，及时修补漏洞，安装杀毒软件防火墙。防范病毒，后门。设置防火墙策略，创建DDOS防护系统，使用攻击检测系统，进行 子网隔离等手段。
应用系统安全：在程序开发时，对已知经常使用问题，使用正确的方式，在代码层面解决掉。防止跨站脚本攻击（XSS），注入攻击，跨站请求伪造（CSRF），错误信息，HTML注释，文件上传，路径遍历等。还可使用Web应用防火墙（好比：ModSecurity），进行安全漏洞扫描等措施，增强应用级别的安全。
数据保密安全：存储安全（存在在可靠的设备，实时，定时备份），保存安全（重要的信息加密保存，选择合适的人员复杂保存和检测等），传输安全（防止数据窃取和数据篡改）；
经常使用的加解密算法（单项散列加密[MD5,SHA]，对称加密[DES,3DES,RC]），非对称加密[RSA]等。
9、敏捷性
网站的架构设计，运维管理要适应变化，提供高伸缩性，高扩展性。方便的应对快速的业务发展，突增高流量访问等要求。
除上面介绍的架构要素外，还须要引入敏捷管理，敏捷开发的思想。使业务，产品，技术，运维统一块儿来，随需应变，快速响应。
10、大型架构举例
以上采用七层逻辑架构，第一层客户层，第二层前端优化层，第三层应用层，第四层服务层，第五层数据存储层，第六层大数据存储层，第七层大数据处理层。
客户层：支持PC浏览器和手机APP。差异是手机APP能够直接访问经过IP访问，反向代理服务器。
前端层：使用DNS负载均衡，CDN本地加速以及反向代理服务；
应用层：网站应用集群；按照业务进行垂直拆分，好比商品应用，会员中心等；
服务层：提供公用服务，好比用户服务，订单服务，支付服务等；
数据层：支持关系型数据库集群（支持读写分离），NOSQL集群，分布式文件系统集群；以及分布式Cache；
大数据存储层：支持应用层和服务层的日志数据收集，关系数据库和NOSQL数据库的结构化和半结构化数据收集；
大数据处理层：经过Mapreduce进行离线数据分析或Storm实时数据分析，并将处理后的数据存入关系型数据库。（实际使用中，离线数据和实时数据会按照业务要求进行分类处理，并存入不一样的数据库中，供应用层或服务层使用）。