架構(gòu)中五個重要的核心指標(biāo)，分別是性能、可用性、伸縮性、擴(kuò)展性和安全性這5個架構(gòu)指標(biāo)

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一、性能

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性能就是核心要素之一，不然我為什么架構(gòu)設(shè)計？隨隨便便一個lowlow的系統(tǒng)上線就好了。所以性能優(yōu)化是很多小公司賣不去過的坎。這么說吧，當(dāng)然優(yōu)化網(wǎng)站性能的手段也非常多：

（1）web前端性能優(yōu)化：

瀏覽器訪問優(yōu)化（瀏覽器緩存、頁面壓縮傳輸、合理布局頁面、減少Cookie傳輸）

• 減少http請求。避免建立太多通訊鏈路。將js、css、圖片文件盡可能合并。避免太多請求。同時，對于系統(tǒng)的后端請求也盡可能進(jìn)行合理的設(shè)計，來避免出現(xiàn)太多交互。

• 使用瀏覽器的緩存。http頭設(shè)置Cache-Control和Expires.js文件名比如可以帶時間戳。一旦有更新則更新時間戳，否則緩存；同時盡量避免同一時間更新大量靜態(tài)資源。

• 對靜態(tài)資源進(jìn)行壓縮。

• css放置在頁面最上方，js放下最下面。以提前進(jìn)行css渲染。同時避免js帶來的頁面阻塞。但需要case by case。比如頁面dom節(jié)點需要依賴js生成，則可視情況改變文件位置。

• 減少cookie傳輸。同時讓靜態(tài)資源有獨立域名，發(fā)送靜態(tài)資源請求時候不發(fā)送cookie。以此減少傳輸代價。cookie可以通過document.cookie獲取。

2.CDN加速

• 緩存圖片、文件、CSS以及script腳本。但是pc上的CDN加速效果要好于移動端。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，last-mile的延遲越高，CDN的相對有效性越差（具體見文章為什么CDN對移動客戶端加速“沒有”效果）。

3.反向代理

• 可以提供七層負(fù)載均衡（http請求進(jìn)行均衡策略），并且可以提供靜態(tài)資源的緩存，請求轉(zhuǎn)發(fā)，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊等。比較流行的有nginx。

（2）應(yīng)用服務(wù)器性能優(yōu)化：

如果請求靜態(tài)界面不卡了,但是動態(tài)數(shù)據(jù)還是卡,說明MySQL處理的請求太多了,可以使用服務(wù)器本地緩存和分布式緩存，也可以通過異步操作方式來加快響應(yīng)，在高并發(fā)請求的情況下，可以將多臺應(yīng)用服務(wù)器組成一個集群共同對外服務(wù)，提高整體處理能力，改善性能，具體如下：

1.分布式緩存（網(wǎng)站性能優(yōu)化的第一定律：優(yōu)先考慮使用緩存優(yōu)化性能）

一般來說，存入cache的數(shù)據(jù)的讀寫比在2:1以上；且應(yīng)該是熱點數(shù)據(jù)。

需要考慮如果采用緩存則可能帶來的數(shù)據(jù)短期內(nèi)的不一致，或者如果實時更新緩存可能帶來的性能和資源開銷。

需要考慮cache一旦失效，大量請求直接命中DB可能帶來的服務(wù)性能雪崩。所以可以對cache采用集群化部署，以此避免丟失過多數(shù)據(jù)造成服務(wù)壓力陡增。

對于熱點數(shù)據(jù)考慮進(jìn)行緩存的預(yù)熱加載。比如高峰期來臨前，先將熱點數(shù)據(jù)提前存入緩存。以此提高高峰期的服務(wù)性能。

為了避免惡意攻擊，一直query不存在的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致cache無法命中而頻繁訪問DB，可以將不存在的數(shù)據(jù)也進(jìn)行緩存并定期清理。同時有機(jī)制對惡意請求進(jìn)行識別和封禁。

分布式緩存應(yīng)該去中心化并集中管理。通過不同實例間的互不通信和同構(gòu)來保證可擴(kuò)展性，并降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

2.異步化（任何可以晚點做的事情都應(yīng)該晚點再做，感覺像懶加載）

通過分布式消息隊列來實現(xiàn)削峰的目的。通過業(yè)務(wù)配合技術(shù)來解決問題。比如12306的排隊。

3.集群

采用集群也是服務(wù)虛擬化的一個體現(xiàn)。用以避免單點問題，同時提供更加高可用，高性能的服務(wù)。

4.代碼優(yōu)化

多線程中，如果是密集型計算，線程數(shù)不宜超過CPU核數(shù)。如果是IO處理，則線程數(shù)=[任務(wù)執(zhí)行時間/(任務(wù)執(zhí)行時間-IO等待時間)] * CPU核數(shù)。除此之外，我們應(yīng)該將對象設(shè)計成無狀態(tài)對象，多采用局部對象，適當(dāng)將鎖細(xì)化。

進(jìn)行資源復(fù)用。比如采用單例模式，比如采用連接池。

合理設(shè)置JVM參數(shù)，以最大程度避免不合理的full gc。

5.存儲性能優(yōu)化

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的索引采用B+樹進(jìn)行實現(xiàn)。而很多的nosql數(shù)據(jù)庫則采用了LSM樹進(jìn)行存儲。LSM在內(nèi)存中保留最新增刪改查的數(shù)據(jù)，直到內(nèi)存無法放下，則與磁盤的下一級LSM樹進(jìn)行merge。所以對于寫操作較多，而讀操作更多的是查詢最近寫入數(shù)據(jù)的場景，其性能遠(yuǎn)高于b+樹；采用HDFS結(jié)合map reduce進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲和分析。其能自動進(jìn)行并發(fā)訪問和冗余備份，具有很高的可靠性。其等于是實現(xiàn)了RAID的功能。

（3）數(shù)據(jù)庫層優(yōu)化：

數(shù)據(jù)庫層其實是最脆弱的一層，一般在應(yīng)用設(shè)計時在上游就需要把請求攔截掉，數(shù)據(jù)庫層只承擔(dān)“能力范圍內(nèi)”的訪問請求，所以，我們通過在服務(wù)層引入隊列和緩存，讓最底層的數(shù)據(jù)庫高枕無憂。但是如果請求激增,還是有大量的查詢壓力到MySQL,這個時候就要想辦法解決MySQL的瓶頸了，這時候可用使用索引、緩存、SQL性能優(yōu)化等手段，還可以使用NoSQL數(shù)據(jù)庫來優(yōu)化數(shù)據(jù)模型、存儲結(jié)構(gòu)等。詳細(xì)內(nèi)容可關(guān)注后查看我的【mysql優(yōu)化專題】，共12篇，已完結(jié)。

（4）衡量網(wǎng)站性能的指標(biāo)（重要的有響應(yīng)時間、TPS、系統(tǒng)性能計數(shù)器等，通過這些指標(biāo)以確定系統(tǒng)設(shè)計是否達(dá)到目標(biāo)）

響應(yīng)時間。

并發(fā)數(shù)。如果暫時沒有對應(yīng)的準(zhǔn)確監(jiān)控，針對不同業(yè)務(wù)模型，可以有不一樣的并發(fā)數(shù)的預(yù)估。我們的系統(tǒng)進(jìn)行峰值并發(fā)數(shù)預(yù)估的話，有一種比較粗略的計算方式，即全天請求平均每秒并發(fā)數(shù) * 3。但也需要case by case。

吞吐量。比較常見的有QPS（每秒查詢數(shù)）、HPS（每秒http請求數(shù)）以及TPS（每秒處理事務(wù)數(shù)）。

性能計數(shù)器。包括系統(tǒng)負(fù)載、線程數(shù)、cpu、內(nèi)存使用情況等。可以用top、free、cat /proc/cpuinfo等命令來查看。系統(tǒng)負(fù)載的定義為當(dāng)前被CPU執(zhí)行的線程數(shù)/等待被CPU執(zhí)行的總線程數(shù)。當(dāng)其值與邏輯cpu個數(shù)相同時是最佳狀態(tài)，其代表所有的資源都被最大限度地被利用。但也有人認(rèn)為當(dāng)負(fù)載為0.7倍邏輯CPU數(shù)時最佳。

（5）高可用：包括高可用的應(yīng)用、高可用的服務(wù)、高可用的數(shù)據(jù)和服務(wù)于高可用的監(jiān)控等，關(guān)于高可用，我還是決定開個單章講解

二、安全性

互聯(lián)網(wǎng)是開放的，任何人在任何地方都可以訪問網(wǎng)站。網(wǎng)站的安全架構(gòu)就是保護(hù)網(wǎng)站不受惡意訪問和攻擊，保護(hù)網(wǎng)站的重要數(shù)據(jù)不被竊取。

安全的5個要素：機(jī)密性、完整性、可用性、可控性和可審查性。

1、安全系統(tǒng)架構(gòu)

1）安全服務(wù)是指計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的安全防護(hù)措施，包括認(rèn)證服務(wù)、訪問控制、數(shù)據(jù)機(jī)密性服務(wù)、數(shù)據(jù)完整性服務(wù)和不可否認(rèn)服務(wù)。

2）特定的安全機(jī)制是用來實施安全服務(wù)的機(jī)制，包括加密機(jī)制、數(shù)據(jù)簽名機(jī)制、訪問控制機(jī)制、數(shù)據(jù)完整性機(jī)制、認(rèn)證交換機(jī)制、流量填充機(jī)制、路由控制機(jī)制和公證機(jī)制。

3）普遍性的安全機(jī)制不是為任何特定的服務(wù)而特設(shè)的，屬于安全管理方面，分為可信功能度、安全標(biāo)記、事件檢測、安全審計跟蹤和安全恢復(fù)。

2、安全保護(hù)等級

1）用戶自主保護(hù)級

2）系統(tǒng)審計保護(hù)級

3）安全標(biāo)記保護(hù)級

4）結(jié)構(gòu)化保護(hù)級

5）訪問驗證保護(hù)級

衡量網(wǎng)站安全架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)就是針對現(xiàn)存和潛在的各種攻擊和竊密手段，是否有可靠的應(yīng)對策略。

三、可用性

衡量一個系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計是否滿足高可用的目標(biāo)，就是假設(shè)系統(tǒng)中任何一臺或者多臺服務(wù)器宕機(jī)時，以及出現(xiàn)各種不可預(yù)期的問題時，系統(tǒng)整體是否依然可用。

一般就三個手段、冗余、集群化、分布式。

網(wǎng)站高可用的主要手段就是冗余，應(yīng)用部署在多臺服務(wù)器上同時提供服務(wù)，數(shù)據(jù)存儲在多臺服務(wù)器上相互備份，任何一臺服務(wù)器都不會影響應(yīng)用的整體可以，通常的實現(xiàn)手段即把多臺服務(wù)器通過負(fù)載均衡設(shè)備組成一個集群。

四、擴(kuò)展性

擴(kuò)展性（Extensibility）指對現(xiàn)有系統(tǒng)影響最小的情況下，系統(tǒng)功能可持續(xù)擴(kuò)展或提升的能力。表現(xiàn)在系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定不需要經(jīng)常變更，應(yīng)用之間較少依賴和耦合，當(dāng)系統(tǒng)增加新功能時，不需要對現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和代碼進(jìn)行修改。這個沒啥好說。擴(kuò)展性依賴于前期良好的架構(gòu)設(shè)計。合理業(yè)務(wù)邏輯抽象，水平/垂直切割分布式化等等。

網(wǎng)站可擴(kuò)展架構(gòu)的主要手段是事件驅(qū)動架構(gòu)和分布式服務(wù)。

事件驅(qū)動通常利用消息隊列實現(xiàn)，通過這種方式將消息生產(chǎn)和處理邏輯分隔開。

服務(wù)器服務(wù)則是將業(yè)務(wù)和可復(fù)用服務(wù)分離開來，通過分布式服務(wù)框架調(diào)用。新增加產(chǎn)品可用通過調(diào)用可復(fù)用的服務(wù)來實現(xiàn)自身的業(yè)務(wù)邏輯，而對現(xiàn)有產(chǎn)品沒有任何影響。

對此，《可擴(kuò)展的藝術(shù)》一書提出了一個更加系統(tǒng)的可擴(kuò)展模型—— AKF可擴(kuò)展立方 （Scalability Cube）。這個立方體中沿著三個坐標(biāo)軸設(shè)置分別為：X、Y、Z。

• X軸擴(kuò)展 —— 關(guān)注水平的數(shù)據(jù)和服務(wù)克隆，也就是前文提到的“加機(jī)器解決問題”

• Y軸擴(kuò)展 —— 關(guān)注應(yīng)用中職責(zé)的劃分，比如數(shù)據(jù)類型，交易執(zhí)行類型的劃分

• Z軸擴(kuò)展 —— 關(guān)注服務(wù)和數(shù)據(jù)的優(yōu)先級劃分，如分地域劃分

整個擴(kuò)展模型，用下圖來表示，其中原點代表完全無擴(kuò)展的狀態(tài)。

五、伸縮性

服務(wù)盡量同構(gòu)。DB、cache在考慮分布式時盡量提前設(shè)計好擴(kuò)展方案。也可以采用一些主流的對水平伸縮支持較好的nosql、memcached、hbase等。

（1）橫向分離：將不同的業(yè)務(wù)模塊分離部署，實現(xiàn)系統(tǒng)的伸縮性；

（2）縱向分離：將業(yè)務(wù)處理流程上得不同部分分離部署，實現(xiàn)系統(tǒng)的伸縮性；

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總結(jié)

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