WEB應用中的高併發問題

大型網站,比如門戶網站。在面對大量用戶訪問、高併發請求方面,基本的解決方案集中在這樣幾個環節:使用高性能的服務器、高性能的數據庫、高效率的編程語言、還有高性能的Web容器。但是除了這幾個方面,還沒法根本解決大型網站面臨的高負載和高併發問題。這些解決思路在一定程度上也意味着更大的投入,並且這樣的解決思路具備瓶頸,沒有很好的擴展性,以下從平時的項目經驗以及引用一些博客的思路來嘗試解決高併發的情況。

0、首先需要關注數據庫

沒錯,首先是數據庫,這是大多數應用所面臨的首個SPOF(單點故障)。尤其是Web2.0的應用,數據庫的響應是首先要解決的。
可能最初是一臺主機,當數據增加到100萬以上,那麼,數據庫的效能急劇下降。常用的優化措施是M-S(主-從)方式進行同步複製,將查詢和操作和分別在不同的服務器上進行操作。我推薦的是M-M-Slaves方式,2個主Master,多個Slaves,需要注意的是,雖然有2個Master,但是同時只有1個是Active,我們可以在一定時候切換。之所以用2個M,是保證M不會又成爲系統的SPOF。 
Slaves可以進一步負載均衡,可以結合LVS,從而將select操作適當的平衡到不同的slaves上。 
以上架構可以抗衡到一定量的負載,但是隨着用戶進一步增加,你的用戶表數據超過1千萬,這時那個M變成了SPOF。你不能任意擴充Slaves,否則複製同步的開銷將直線上升,怎麼辦?我的方法是表分區,從業務層面上進行分區。最簡單的,以用戶數據爲例。根據一定的切分方式,比如id,切分到不同的數據庫集羣去。 

全局數據庫用於meta數據的查詢。缺點是每次查詢,會增加一次,比如你要查一個用戶nightsailer,你首先要到全局數據庫羣找到nightsailer對應的cluster id,然後再到指定的cluster找到nightsailer的實際數據。 
每個cluster可以用m-m方式,或者m-m-slaves方式。這是一個可以擴展的結構,隨着負載的增加,你可以簡單的增加新的mysql cluster進去。

1、HTML靜態化

其實大家都知道,效率最高、消耗最小的就是純靜態化的html頁面,所以我們儘可能使我們的網站上的頁面採用靜態頁面來實現,這個最簡單的方法其實也是最有效的方法。但是對於大量內容並且頻繁更新的網站,我們無法全部手動去挨個實現,於是出現了我們常見的信息發佈系統CMS,像我們常訪問的各個門戶站點的新聞頻道,甚至他們的其他頻道,都是通過信息發佈系統來管理和實現的,信息發佈系統可以實現最簡單的信息錄入自動生成靜態頁面,還能具備頻道管理、權限管理、自動抓取等功能,對於一個大型網站來說,擁有一套高效、可管理的CMS是必不可少的。

除了門戶和信息發佈類型的網站,對於交互性要求很高的社區類型網站來說,儘可能的靜態化也是提高性能的必要手段,將社區內的帖子、文章進行實時的靜態化,有更新的時候再重新靜態化也是大量使用的策略,像Mop的大雜燴就是使用了這樣的策略,網易社區等也是如此。

同時,html靜態化也是某些緩存策略使用的手段,對於系統中頻繁使用數據庫查詢但是內容更新很小的應用,可以考慮使用html靜態化來實現,比如論壇中論壇的公用設置信息,這些信息目前的主流論壇都可以進行後臺管理並且存儲再數據庫中,這些信息其實大量被前臺程序調用,但是更新頻率很小,可以考慮將這部分內容進行後臺更新的時候進行靜態化,這樣避免了大量的數據庫訪問請求。

2、圖片服務器分離

大家知道,對於Web服務器來說,不管是Apache、IIS還是其他容器,圖片是最消耗資源的,於是我們有必要將圖片與頁面進行分離,這是基本上大型網站都會採用的策略,他們都有獨立的圖片服務器,甚至很多臺圖片服務器。這樣的架構可以降低提供頁面訪問請求的服務器系統壓力,並且可以保證系統不會因爲圖片問題而崩潰,在應用服務器和圖片服務器上,可以進行不同的配置優化,比如apache在配置ContentType的時候可以儘量少支持,儘可能少的LoadModule,保證更高的系統消耗和執行效率。

3、數據庫集羣和庫表散列

大型網站都有複雜的應用,這些應用必須使用數據庫,那麼在面對大量訪問的時候,數據庫的瓶頸很快就能顯現出來,這時一臺數據庫將很快無法滿足應用,於是我們需要使用數據庫集羣或者庫表散列。

在數據庫集羣方面,很多數據庫都有自己的解決方案,Oracle、Sybase等都有很好的方案,常用的MySQL提供的Master/Slave也是類似的方案,您使用了什麼樣的DB,就參考相應的解決方案來實施即可。

上面提到的數據庫集羣由於在架構、成本、擴張性方面都會受到所採用DB類型的限制,於是我們需要從應用程序的角度來考慮改善系統架構,庫表散列是常用並且最有效的解決方案。我們在應用程序中安裝業務和應用或者功能模塊將數據庫進行分離,不同的模塊對應不同的數據庫或者表,再按照一定的策略對某個頁面或者功能進行更小的數據庫散列,比如用戶表,按照用戶ID進行表散列,這樣就能夠低成本的提升系統的性能並且有很好的擴展性。sohu的論壇就是採用了這樣的架構,將論壇的用戶、設置、帖子等信息進行數據庫分離,然後對帖子、用戶按照板塊和ID進行散列數據庫和表,最終可以在配置文件中進行簡單的配置便能讓系統隨時增加一臺低成本的數據庫進來補充系統性能。

4、緩存

緩存一詞搞技術的都接觸過,很多地方用到緩存。網站架構和網站開發中的緩存也是非常重要。這裏先講述最基本的兩種緩存。高級和分佈式的緩存在後面講述。 
架構方面的緩存,對Apache比較熟悉的人都能知道Apache提供了自己的緩存模塊,也可以使用外加的Squid模塊進行緩存,這兩種方式均可以有效的提高Apache的訪問響應能力。 
網站程序開發方面的緩存,Linux上提供的Memory Cache是常用的緩存接口,可以在web開發中使用,比如用Java開發的時候就可以調用MemoryCache對一些數據進行緩存和通訊共享,一些大型社區使用了這樣的架構。另外,在使用web語言開發的時候,各種語言基本都有自己的緩存模塊和方法,PHP有Pear的Cache模塊,Java就更多了,.net不是很熟悉,相信也肯定有。

5、nginx分流

Nginx以事件驅動的方式編寫,所以有非常好的性能,同時也是一個非常高效的反向代理、負載平衡。其擁有匹配Lighttpd的性能,同時還沒有Lighttpd的內存泄漏問題,而且Lighttpd的mod_proxy也有一些問題並且很久沒有更新。

現在,Igor將源代碼以類BSD許可證的形式發佈。Nginx因爲它的穩定性、豐富的模塊庫、靈活的配置和低系統資源的消耗而聞名.業界一致認爲它是Apache2.2+mod_proxy_balancer的輕量級代替者,不僅是因爲響應靜態頁面的速度非常快,而且它的模塊數量達到Apache的近2/3。對proxy和rewrite模塊的支持很徹底,還支持mod_fcgi、ssl、vhosts ,適合用來做mongrel clusters的前端HTTP響應。

Nginx專爲性能優化而開發,性能是其最重要的考量,實現上非常注重效率 。它支持內核Poll模型,能經受高負載的考驗,有報告表明能支持高達 50,000個併發連接數。

Nginx具有很高的穩定性。其它HTTP服務器,當遇到訪問的峯值,或者有人惡意發起慢速連接時,也很可能會導致服務器物理內存耗盡頻繁交換,失去響應,只能重啓服務器。例如當前apache一旦上到200個以上進程,web響應速度就明顯非常緩慢了。而Nginx採取了分階段資源分配技術,使得它的CPU與內存佔用率非常低。nginx官方表示保持10,000個沒有活動的連接,它只佔2.5M內存,所以類似DOS這樣的攻擊對nginx來說基本上是毫無用處的。就穩定性而言,nginx比lighthttpd更勝一籌。

Nginx支持熱部署。它的啓動特別容易, 並且幾乎可以做到7*24不間斷運行,即使運行數個月也不需要重新啓動。你還能夠在不間斷服務的情況下,對軟件版本進行進行升級。

Nginx採用master-slave模型,能夠充分利用SMP的優勢,且能夠減少工作進程在磁盤I/O的阻塞延遲。當採用select()/poll()調用時,還可以限制每個進程的連接數。

Nginx代碼質量非常高,代碼很規範,手法成熟, 模塊擴展也很容易。特別值得一提的是強大的Upstream與Filter鏈。Upstream爲諸如reverse proxy,與其他服務器通信模塊的編寫奠定了很好的基礎。而Filter鏈最酷的部分就是各個filter不必等待前一個filter執行完畢。它可以把前一個filter的輸出做爲當前filter的輸入,這有點像Unix的管線。這意味着,一個模塊可以開始壓縮從後端服務器發送過來的請求,且可以在模塊接收完後端服務器的整個請求之前把壓縮流轉向客戶端。

Nginx採用了一些os提供的最新特性如對sendfile (Linux2.2+),accept-filter (FreeBSD4.1+),TCP_DEFER_ACCEPT (Linux 2.4+)的支持,從而大大提高了性能。

當然,nginx還很年輕,多多少少存在一些問題,比如:Nginx是俄羅斯人創建,雖然前幾年文檔比較少,但是目前文檔方面比較全面,英文資料居多,中文的資料也比較多,而且有專門的書籍和資料可供查找

檢查配置文件是否正確:cd /usr/local/nginx/sbin sudo ./nginx -t
重新加載配置文件:./nginx -s reload
重啓nginx服務器: cd /etc/init.d sudo ./nginx restart 

6、鏡像

鏡像是大型網站常採用的提高性能和數據安全性的方式,鏡像的技術可以解決不同網絡接入商和地域帶來的用戶訪問速度差異,比如ChinaNet和EduNet之間的差異就促使了很多網站在教育網內搭建鏡像站點,數據進行定時更新或者實時更新。在鏡像的細節技術方面,這裏不闡述太深,有很多專業的現成的解決架構和產品可選。也有廉價的通過軟件實現的思路,比如Linux上的rsync等工具。


7、負載均衡(目前還看不太懂啦,先收錄一下)

負載均衡將是大型網站解決高負荷訪問和大量併發請求採用的終極解決辦法。

負載均衡技術發展了多年,有很多專業的服務提供商和產品可以選擇,我個人接觸過一些解決方法,其中有兩個架構可以給大家做參考。


1)硬件四層交換


第四層交換使用第三層和第四層信息包的報頭信息,根據應用區間識別業務流,將整個區間段的業務流分配到合適的應用服務器進行處理。 第四層交換功能就象是虛IP,指向物理服務器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協議。這些業務在物理服務器基礎上,需要複雜的載量平衡算法。在IP世界,業務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定,在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。


在硬件四層交換產品領域,有一些知名的產品可以選擇,比如Alteon、F5等,這些產品很昂貴,但是物有所值,能夠提供非常優秀的性能和很靈活的管理能力。Yahoo中國當初接近2000臺服務器使用了三四臺Alteon就搞定了。


2)軟件四層交換


大家知道了硬件四層交換機的原理後,基於OSI模型來實現的軟件四層交換也就應運而生,這樣的解決方案實現的原理一致,不過性能稍差。但是滿足一定量的壓力還是遊刃有餘的,有人說軟件實現方式其實更靈活,處理能力完全看你配置的熟悉能力。


軟件四層交換我們可以使用Linux上常用的LVS來解決,LVS就是Linux Virtual Server,他提供了基於心跳線heartbeat的實時災難應對解決方案,提高系統的魯棒性,同時可供了靈活的虛擬VIP配置和管理功能,可以同時滿足多種應用需求,這對於分佈式的系統來說必不可少。


一個典型的使用負載均衡的策略就是,在軟件或者硬件四層交換的基礎上搭建squid集羣,這種思路在很多大型網站包括搜索引擎上被採用,這樣的架構低成本、高性能還有很強的擴張性,隨時往架構裏面增減節點都非常容易。這樣的架構我準備空了專門詳細整理一下和大家探討。


參考文章:http://blog.csdn.net/zxl333/article/details/8454319


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