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十分钟看懂分布式架构的前世今生
来源: 51CTO   作者:沙茶敏碎碎念  日期:2019-11-25  类别:架构设计  主题:架构设计  编辑:时倾
我们常常在各种招聘广告上面看到,熟悉分布式系统的开发,那么,分布式究竟是怎么一回事,这么讲,小孩子都能听懂。

对于每一个程序员来说,大家一听分布式架构,一般第一反应都是,高端霸气上档次。例如阿里巴巴的各个系统都部署在不同的机器上,并且还分布在杭州、上海、深圳等不同的服务器上。华为的服务器也会分布在世界不同的区域,从而保证满足全球用户的使用。

我们常常在各种招聘广告上面看到,熟悉分布式系统的开发,那么,分布式究竟是怎么一回事,这么讲,小孩子都能听懂。

背景

有人认为,分布式就是分模块进行开发,分模块进行部署,分布式的核心就是分模块。但分模块并不是分布式的概念,早在上世纪90年代,就有人提出了按照模块划分软件功能。这在软件工程上,分模块可以更好地进行解耦,在工作中,分模块也可以更好地进行分工。虽然分模块进行开发,但是他们仍然部署在相同的机器上。随着软件的发展尤其是互联网的发展,传统的单体架构越来越不行了,主要表现为以下三个方面:

  • 性能问题,在早起的互联网行业中,硬件的发展非常迅速,几乎每一代新的电脑芯片,都能比上一代性能翻一番,但是,随着摩尔定律的失效,硬件的提升已经更不上软件行业的发展,我们常常说因特尔挤牙膏,因为现在芯片的性能要翻一番需要好几代产品了。所以,单体的架构的性能问题就爆发出来,无法跟上时代的脚步。

  • 难以扩展,原来各个模块上只是逻辑上的隔离,但仍然部署在同一台机器。各个模块之间,用着永洋的物理内存,同样的硬盘,同样的网卡,实际上各个模块依赖非常密切,就像一台精密的机器,有成千上万个齿轮,每一个模块的变动都会带动其他齿轮的转动。

  • 系统可用性低,不难想象,所有的模块都不熟在同一个机器上,如果有一个模块出问题,例如突然占满整个磁盘、或者内存泄漏,都会影响系统上的其他模块,从而造成整个系统的崩溃。

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特点

十分钟看懂分布式架构的前世今生

相对于传统的单体结构,分布式的最重要的有点有下面几点:

  • 更容易开发跟实现新功能,在传统的单体结构中,模块之间的依赖是非常严重的,你要实现一个功能,还需要评估对其他模块的影响。而在分布式的设计中,模块与模块之间,是通过接口来进行交互,一个模块的内部实现对另外的模块来说是透明的,影响更小。

  • 单点故障的影响氛围更小,传统的单体架构的存在的一个严重问题,就是一个模块的故障容易引起整个系统不可用。举个简单的例子,在电商系统中,评价系统可能不是那么重要,结果有一天评价系统故障内存泄漏,造成机器不断重启,就非常可能影响部署在同一台机器上的其他应用。分布式部署则可以大大地降低故障的概率,当然,分布式也会有故障问题,这就需要优秀的分布式架构师设置合理合适的框架,合理地进行部署,来规避单点故障带来的大面积故障。

  • 系统吞吐量更大,以往的单点部署模块,受限于单台机器的性能。在分布式架构中,对于有性能瓶颈的模块,我们可以采用异步或者部署更多的机器,解决单机性能瓶颈的问题又提高了机器的利用率。举个简单的例子,数据库模块,对磁盘的性能及容量要求更高,我们可以部署在磁盘更好的机器,对于缓存这种对CPU、内存容量要求更高的机器,从而达到机器更高的利用率。

分布式虽然解决了很多难题,但也是有不少缺点与难点的,所以需要各位程序员,各位架构师进行攻克与架构。

主要难点

  • 异构系统标准不统一,在分布式系统中,每个模块都可以选择自己的开发语言,部署环境,每个系统都可以选择自身的数据结构与通信协议。可能有人喜欢用HTTP协议进行通信,有人是是google公司的gRPC,有人是Twitter公司的thrift。而且协议体、错误代码、错误信息等数据结构都可能不一致,这不仅给开发带来不便,还给统一监控跟治理带来不少麻烦。

  • 故障概率更大,因为机器数量变多,单机的性能与质量可能就没之前的那么好了,同时维护开发的人变多,单机故障的概率反而会大于单机结构。这是必然的现象,一个没有处理过故障的工程师不是一个好码农。这就需要我们设计合理的分布式架构,降低故障的概率跟影响面,同时也要自动化运维,毕竟人总是会犯错的,而且经常犯。

  • 服务依赖问题,不要以为一台机器挂了整个程序就挂了只有在单体架构才会发生,在分布式的环境中,也会存在一些关键服务,一旦挂掉,往往会行程多米诺效应,造成雪崩。例如聊天软件中维护用户登录态的Session服务,如果一旦故障,那么所有的服务都可能丢失登录态,从而造成整个服务不可用。

怎么做

为了解决分布式带来的问题,就需要各个程序员跟架构师大展身手了,无论是什么办法,无外乎为了下面两个事情:

  • 是提高系统吞吐,

  • 是提高系统的可用性。


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