【系统架构】大型网站架构演化历程（上）

大型网站的技术挑战主要来自于庞大的用户，高并发的访问和海量的数据，任何简单的业务一旦须要处理数以 P 计的数据和面对数以亿计的用户，问题就会变得很棘手。大型网站架构主要解决这类问题。本文内容大部分来自《大型网站技术架构》,这本书仍是很值得一看。

初级阶段的网站架构

再大型的网站都是从小型网站发展而来，小型网站最开始没有太多人访问，只须要一台服务器就绰绰有余，这时的网站架构以下图所示：

特色：应用程序、数据库、文件等全部资源都在一台服务器上。

应用服务和数据服务分离

随着业务的快速发展，一台服务器已经不能知足需求：愈来愈多的用户访问致使性能愈来愈差，愈来愈多的数据致使存储空间不足。这时就须要将应用和数据分离。应用和数据分离后整个网站将使用3台服务器：应用服务器、文件服务器和数据库服务器。这 3 台服务器根据其服务的需求对硬件资源的要求各不相同：
(1) 应用服务器须要处理大量的业务逻辑，所以须要CPU强大的计算机作服务器；
(2) 数据库服务器须要快速磁盘检索和数据缓存，所以须要有高性能磁盘和大内存的计算机作服务器；
(3) 文件服务器须要存储大量用户上传的文件，所以须要有大硬盘的计算机作服务器
此时，网站系统的架构以下图所示：

应用和数据分离后，不一样特性的服务器承担不一样的服务角色，网站的并发处理能力和数据存储空间获得了很大改善，支持网站业务进一步发展。可是随着用户逐渐增多，网站又一次面临挑战：数据库压力太大致使访问延迟，进而影响整个网站的性能，用户体验受到影响。这时须要对网站架构进一步优化。

使用缓存改善网站性能

网站访问的特色和现实世界的财富分配同样遵循二八定律：80% 的业务访问集中在20% 的数据上。既然大部分业务访问集中在一小部分数据上，那么若是把这一小部分数据缓存在内存中，就能够减小数据库的访问压力，提升整个网站的数据访问速度，改善数据库的写入性能了。 网站使用的缓存能够分为两种：缓存在应用服务器上的本地缓存和缓存在专门的分布式缓存服务器上的远程缓存。此时网站架构以下所示：

(1) 本地缓存的访问速度更快一些，可是受应用服务器内存限制，其缓存数据量有限，并且会出现和应用程序争用内存的状况。
(2) 远程分布式缓存可使用集群的方式，部署大内存的服务器做为专门的缓存服务器，能够在理论上作到不受内存容量限制的缓存服务。
使用缓存后，数据访问压力获得有效缓解，可是单一应用服务器可以处理的请求链接有限，在网站访问高峰期，应用服务器成为整个网站的瓶颈。

使用应用服务器集群

使用集群是网站解决高并发、海量数据问题的经常使用手段。当一台服务器的处理能力、存储空间不足时，不要企图去更换更强大的服务器，对大型网站而言，无论多么强大的服务器，都知足不了网站持续增加的业务需求。这种状况下，更恰当的作法是增长一台服务器分担原有服务器的访问及存储压力。 对网站架构而言，只要能经过增长一台服务器的方式改善负载压力，就能够以一样的方式持续增长服务器不断改善系统性能，从而实现系统的可伸缩性。应用服务器实现集群是网站可伸缩架构设计中较为简单成熟的一种，以下图所示：

经过负载均衡调度服务器，能够未来自用户浏览器的访问请求分发到应用服务器集群中的任何一台服务器上，若是有更多用户，就在集群中加入更多的应用服务器，使应用服务器的压力再也不成为整个网站的瓶颈。

关于网站架构的优化，还有多种技术，如数据库读写分离、使用分布式架构等等，这些将在下篇再介绍。

参考资料：<<大型网站技术架构>>

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