大型互联网架构概述，看完文章又涨知识了

1. 大型网站系统的特点

2. 大型网站架构演化历程

2.1. 初始阶段架构

问题：网站运营初期，访问用户少，一台服务器绰绰有余。

特征：应用程序、数据库、文件等所有的资源都在一台服务器上。

描述：通常服务器操作系统使用 linux，应用程序使用 PHP 开发，然后部署在 Apache 上，数据库使用 Mysql，通俗称为 LAMP。汇集各种免费开源软件以及一台廉价服务器就可以开始系统的发展之路了。

2.2. 应用服务和数据服务分离

问题：越来越多的用户访问导致性能越来越差，越来越多的数据导致存储空间不足，一台服务器已不足以支撑。

特征：应用服务器、数据库服务器、文件服务器分别独立部署。

描述：三台服务器对性能要求各不相同：应用服务器要处理大量业务逻辑，因此需要更快更强大的 CPU；数据库服务器需要快速磁盘检索和数据缓存，因此需要更快的硬盘和更大的内存；文件服务器需要存储大量文件，因此需要更大容量的硬盘。

2.3. 使用缓存改善性能

问题：随着用户逐渐增多，数据库压力太大导致访问延迟。

特征：由于网站访问和财富分配一样遵循二八定律：80% 的业务访问集中在 20% 的数据上。将数据库中访问较集中的少部分数据缓存在内存中，可以减少数据库的访问次数，降低数据库的访问压力。

描述：缓存分为两种：应用服务器上的本地缓存和分布式缓存服务器上的远程缓存，本地缓存访问速度更快，但缓存数据量有限，同时存在与应用程序争用内存的情况。分布式缓存可以采用集群方式，理论上可以做到不受内存容量限制的缓存服务。

2.4. 使用应用服务器集群

问题：使用缓存后，数据库访问压力得到有效缓解。但是单一应用服务器能够处理的请求连接有限，在访问高峰期，成为瓶颈。

特征：多台服务器通过负载均衡同时向外部提供服务，解决单一服务器处理能力和存储空间不足的问题。

描述：使用集群是系统解决高并发、海量数据问题的常用手段。通过向集群中追加资源，提升系统的并发处理能力，使得服务器的负载压力不再成为整个系统的瓶颈。

2.5. 数据库读写分离

问题：网站使用缓存后，使绝大部分数据读操作访问都可以不通过数据库就能完成，但是仍有一部分读操作和全部的写操作需要访问数据库，在网站的用户达到一定规模后，数据库因为负载压力过高而成为网站的瓶颈。

特征：目前大部分的主流数据库都提供主从热备功能，通过配置两台数据库主从关系，可以将一台数据库服务器的数据更新同步到一台服务器上。网站利用数据库的主从热备功能，实现数据库读写分离，从而改善数据库负载压力。

描述：应用服务器在写操作的时候，访问主数据库，主数据库通过主从复制机制将数据更新同步到从数据库。这样当应用服务器在读操作的时候，访问从数据库获得数据。为了便于应用程序访问读写分离后的数据库，通常在应用服务器端使用专门的数据访问模块，使数据库读写分离的对应用透明。

2.6. 反向代理和 CDN 加速

问题：中国网络环境复杂，不同地区的用户访问网站时，速度差别也极大。

特征：采用 CDN 和反向代理加快系统的静态资源访问速度。

描述：CDN 和反向代理的基本原理都是缓存，区别在于 CDN 部署在网络提供商的机房，使用户在请求网站服务时，可以从距离自己最近的网络提供商机房获取数据；而反向代理则部署在网站的中心机房，当用户请求到达中心机房后，首先访问的服务器时反向代理服务器，如果反向代理服务器中缓存着用户请求的资源，就将其直接返回给用户。

2.7. 分布式文件系统和分布式数据库

问题：随着大型网站业务持续增长，数据库经过读写分离，从一台服务器拆分为两台服务器，依然不能满足需求。

特征：数据库采用分布式数据库，文件系统采用分布式文件系统。

描述：分布式数据库是数据库拆分的最后方法，只有在单表数据规模非常庞大的时候才使用。不到不得已时，更常用的数据库拆分手段是业务分库，将不同的业务数据库部署在不同的物理服务器上。

2.8. 使用 NoSQL 和搜索引擎

问题：随着网站业务越来越复杂，对数据存储和检索的需求也越来越复杂。

特征：系统引入 NoSQL 数据库及搜索引擎。

描述：NoSQL 数据库及搜索引擎对可伸缩的分布式特性具有更好的支持。应用服务器通过统一数据访问模块访问各种数据，减轻应用程序管理诸多数据源的麻烦。

2.9. 业务拆分

问题：大型网站的业务场景日益复杂，分为多个产品线。

特征：采用分而治之的手段将整个网站业务分成不同的产品线。系统上按照业务进行拆分改造，应用服务器按照业务区分进行分别部署。

描述：应用之间可以通过超链接建立关系，也可以通过消息队列进行数据分发，当然更多的还是通过访问同一个数据存储系统来构成一个关联的完整系统。

纵向拆分：将一个大应用拆分为多个小应用，如果新业务较为独立，那么就直接将其设计部署为一个独立的 Web 应用系统。纵向拆分相对较为简单，通过梳理业务，将较少相关的业务剥离即可。

横向拆分：将复用的业务拆分出来，独立部署为分布式服务，新增业务只需要调用这些分布式服务横向拆分需要识别可复用的业务，设计服务接口，规范服务依赖关系。

2.10. 分布式服务

问题：随着业务越拆越小，存储系统越来越庞大，应用系统整体复杂程度呈指数级上升，部署维护越来越困难。由于所有应用要和所有数据库系统连接，最终导致数据库连接资源不足，拒绝服务。

特征：公共业务提取出来，独立部署。由这些可复用的业务连接数据库，通过分布式服务提供共用业务服务。

3. 大型网站架构模式

3.1. 分层

大型网站架构中常采用分层结构，将软件系统分为应用层、服务层、数据层：

分层架构的约束：禁止跨层次的调用（应用层直接调用数据层）及逆向调用（数据层调用服务层，或者服务层调用应用层）。

分层结构内部还可以继续分层，如应用可以再细分为视图层和业务逻辑层；服务层也可以细分为数据接口层和逻辑处理层。

3.2. 分割

将不同的功能和服务分割开来，包装成高内聚低耦合的模块单元。这有助于软件的开发和维护，便于不同模块的分布式部署，提高网站的并发处理能力和功能扩展能力。

3.3. 分布式

大于大型网站，分层和分割的一个主要目的是为了切分后的模块便于分布式部署，即将不同模块部署在不同的服务器上，通过远程调用协同工作。

分布式意味可以用更多的机器工作，那么 CPU、内存、存储资源也就更丰富，能够处理的并发访问和数据量就越大，进而能够为更多的用户提供服务。

分布式也引入了一些问题：

常用的分布式方案：

3.4. 集群

集群即多台服务器部署相同应用构成一个集群，通过负载均衡设备共同对外提供服务。

集群需要具备伸缩性和故障转移机制：伸缩性是指可以根据用户访问量向集群添加或减少机器；故障转移是指，当某台机器出现故障时，负载均衡设备或失效转移机制将请求转发到集群中的其他机器上，从而不影响用户使用。

3.5. 缓存

缓存就是将数据存放在距离最近的位置以加快处理速度。缓存是改善软件性能的第一手段。

网站应用中，缓存除了可以加快数据访问速度以外，还可以减轻后端应用和数据存储的负载压力。

常见缓存手段：

使用缓存有两个前提：

3.6. 异步

软件发展的一个重要目标和驱动力是降低软件耦合性。事物之间直接关系越少，彼此影响就越小，也就更容易独立发展。

大型网站架构中，系统解耦的手段除了分层、分割、分布式等，还有一个重要手段——异步。

业务间的消息传递不是同步调用，而是将一个业务操作拆分成多阶段，每个阶段间通过共享数据的方式异步执行进行协作。

异步架构是典型的生产者消费模式，二者不存在直接调用。异步消息队列还有如下特性：

3.7. 冗余

大型网站，出现服务器宕机是必然事件。要保证部分服务器宕机的情况下网站依然可以继续服务，不丢失数据，就需要一定程度的服务器冗余运行，数据冗余备份。这样当某台服务器宕机是，可以将其上的服务和数据访问转移到其他机器上。

访问和负载很小的服务也必须部署 至少两台服务器构成一个集群，目的就是通过冗余实现服务高可用。数据除了定期备份，存档保存，实现 冷备份 外；为了保证在线业务高可用，还需要对数据库进行主从分离，实时同步实现 热备份。

为了抵御地震、海啸等不可抗因素导致的网站完全瘫痪，某些大型网站会对整个数据中心进行备份，全球范围内部署 灾备数据中心。网站程序和数据实时同步到多个灾备数据中心。

3.8. 自动化

大型网站架构的自动化架构设计主要集中在发布运维方面：

3.9. 安全

4. 大型网站核心架构要素

架构 的一种通俗说法是：最高层次的规划，难以改变的决定。

4.1. 性能

性能问题无处不在，所以网站性能优化手段也十分繁多：

4.2. 可用性

可用性指部分服务器出现故障时，还能否对用户提供服务

4.3. 伸缩性

衡量伸缩的标准就是是否可以用多台服务器构建集群，是否容易向集群中增删服务器节点。增删服务器节点后是否可以提供和之前无差别的服务。集群中可容纳的总服务器数是否有限制。

4.4. 扩展性

衡量扩展性的标准就是增加新的业务产品时，是否可以实现对现有产品透明无影响，不需要任何改动或很少改动，既有功能就可以上线新产品。主要手段有：事件驱动架构和分布式服务。

4.5. 安全性

安全性保护网站不受恶意攻击，保护网站重要数据不被窃取。

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简单介绍一下j2ee的13个规范，以下来自于网络。

1、JDBC（java Database Connectivity）：

JDBC API为访问不同的数据库提供了一种统一的途径，就像ODBC一样，JDBC对开发者屏蔽了一些细节问题，同时，JDBC对数据库的访问也具有平台无关性。

2、JNDI(Java Name and Directory Interface):

JNDI API 被用于执行名字和目录服务。它提供了一致的模型用来存取和操作企业级的资源如DNS和LDAP，本地文件系统，或应用服务器中的对象。

3、EJB（Enterprise JavaBean）：

J2ee技术之所以赢得全体广泛重视的原因之一就是EJB，他们提供了一个框架开发和实施分布式商务逻辑，由此很显著简化了具有可伸缩性和高度复杂的企业级应用开发。EJB规范定义了EJB组件何时如何与他们的容器继续拧交互作用。容器负责提供公用的服务，例如目录服务、事务管理、安全性、资源缓冲池以及容错性。但是注意的是，EJB并不是J2EE的唯一途径。正是由于EJB的开放性，使得有的厂商能够以一种和EJB平行的方式来达到同样的目的。

4、RMI（RemoteMethod Invoke）：remote（遥远的） invoke（调用）：

正如其名字所表示的那样，RMI协议调用远程对象上方法。它使用了序列化方式在客户端和服务器端传递数据。RMI是一种被EJB使用的更底层的协议。

5、Java IDL（接口定义语言）/CORBA：公共对象请求代理结构（Common Object Request Breaker Architecture）：

在java IDL的支持下，开发人员可以将Java和CORBA集成在一起。他们可以创建Java对象并使之可以在CORBA ORB中展开，或者他们还可以创建Java类并做为和其他ORB一起展开的CORBA对象客户。后一种方法提供了另外一种途径，通过它可以被用于你的新的应用和旧系统相集成。

6、JSP(Java Server Pages):

Jsp页面由html代码和嵌入其中的Java新代码所组成。服务器在页面被客户端所请求以后对这些java代码进行处理，然后将生成的html页面返回给客户端的浏览器。

7、Java Servlet：

servlet是一种小型的java程序，它扩展了web服务器的功能。作为一种服务器端的应用，当被请求时开始执行，这和CGI Perl脚本很相似。Servlet提供的功能大多和jsp类似，不过实现方式不同。JSP通过大多数的html代码中嵌入少量的java代码，而servlet全部由java写成并生成相应的html。

8、XML（Extensible Markup Language）：

XML是一种可以用来定义其他标记语言的语言。它被用来在不同的商务过程中共享数据。XML的发展和Java是互相独立的，但是，它和java具有相同目标正是平台独立。通过java和xml的组合，我们可以得到一个完美的具有平台独立性的解决方案。

9、JMS（Java Message Service）：

Ms是用于和面向消息的中间件相互通信的应用程序接口（API）。它既支持点对点的域，有支持发布/订阅类型的域，并且提供对下列类型的支持：经认可的消息传递，事务性消息传递，一致性消息和具有持久性的订阅者的支持。JMS还提供了另一种方式对您的应用与旧的后台系统相集成。

10、JTA（Java Transaction Architecture）：

JTA定义了一种标准API，应用系统由此可以访问各种事务监控。

11、JTS（Java Transaction Service）:

JTS是CORBA OTS事务监控的基本实现。JTS规定了事务管理器的实现方式。该事务管理器是在高层支持Java Transaction API（JTA）规范，并且在较底层实现OMG OTS specification 的java映像。JTS事务管理器为应用服务器、资源管理器、独立的应用以及通信资源管理器提供了事务服务。

12、JavaMail：

JavaMail是用于存取邮件服务的API，它提供了一套邮件服务器的抽象类。不仅支持SMTP服务器，也支持IMAP服务器。

13、JAF（JavaBeans Activation Framework）：

JavaMail利用JAF来处理MIME编码的邮件附件。MIME的字节流可以被转换成java对象，或者转换自Java对象。大多数应用都可以不需要直接使用JAF。

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