第1章
分布式架构介绍
分布式架构是分布式计算技术的应用，目前比较成熟的技术包括J2EE、CORBA和.NET（DCOM）。本书重点讲述J2EE。J2EE是由Sun公司推出的一项中间件技术，旨在简化和规范多层分布式企业应用系统的开发和部署，可以为分布式应用软件提供在各种技术间共享资源的平台。J2EE标准的实施可显著地提高系统的可移植性、安全性、可伸缩性、负载平衡、可重用性。它主要有以下特点。
- 具有分布式的体系结构。J2EE组件的分布与服务器环境无关，所有的资源都可通过分布式目录访问，开发人员不需要为组件和资源分布问题耗费精力。
- 采用多层分布式应用模型。J2EE将应用开发划分为多个不同的层，并在每一个层上定义组件。各个应用根据它们所在的层，分布在相同或不同的服务器上，共同组成基于组件的多层分布式系统，包括客户层、表示逻辑层、商业逻辑层、企业信息系统层。
- 拥有应用服务器的标准。J2EE是首个获得业界广泛认可和采纳的中间件标准。
随着移动互联网不断发展，计算机系统已从单机状态过渡到多机协作状态，计算机以集群的方式存在，按照分布式理论的指导构建出庞大复杂的应用服务。
本章重点内容如下：
- 分布式架构发展过程
- 分布式架构设计理念和目标
- 分布式架构应用场景
- 分布式架构设计难点
- 分布式架构解决痛点
1.1 分布式架构发展过程
众所周知，架构会随着业务场景而变化，而传统架构单一，无分层概念，模块之间耦合性过高，导致稳定性和扩展性较差，无法满足互联网高速迭代变化的需求。同时，技术架构也会发生很大变化。不同业务系统侧重点不同，例如“百度”侧重于搜索。当系统庞大后，后续会被拆分为多个子系统，部署在不同服务器上，各子系统相互协作，实现业务功能完整性。
以Web为例，搭建电商平台，最初传统结构是单体架构，如图1-1所示。
图1-1 电商整体业务耦合结构图
注意
电商系统用户、商品、订单模块耦合在一块，无分层概念，部署在同一个服务器，为用户提供服务。
如图1-1所示，将应用和数据库部署在一起，一个简单的应用就搭建完成了。随着后续业务的拓展，系统慢慢变得庞大臃肿，此时需要进行优化。优化的方案如下。
1）增加单机的硬件设备，如处理器\内存\磁盘。
2）用物理机替换虚拟机。
3）增加服务器数量。
4）应用和数据库分离。
以上4种方案的优缺点如下。
1）增加服务器硬件设备资源，短时间内可以提高性能，但会留下隐患。
2）虚拟机的配置、性能不如物理机，但物理机费用高昂且不能治本。
3）增加服务器数量后需要做负载均衡才能充分利用资源，但会额外增加技术难度。
4）应用和数据库分离，分为Web服务器和数据库服务器，这样不仅可以提高单机负载，也能提高HA高可用性。
这里采用方案4，分离应用和数据库，结构图如图1-2所示。
图1-2 电商应用和数据库分离结构图
注意
当应用和数据库分别部署在不同服务器上时，应用所处服务器和数据库所处服务器要能正常ping通及访问，即应用可访问数据库获取数据且正常返回。
如图1-2所示，以上结构将应用和数据库分开单独部署，提高了单机负载以及服务器资源利用率，但若后续用户流量继续上涨，会存在安全风险（单机宕机后不能继续提供服务），需提供应用服务备份，结构图如图1-3所示。
图1-3 电商应用主/备结构图
注意
外部流量都是到达主Web服务器，备Web服务器只在主Web服务器出现单点故障时使用，是维持业务正常访问的一种措施。
如图1-3所示，利用应用服务器预防单点故障，可以有效预防因服务器发生故障而不能及时访问的情况。由于外部流量都是访问“主Web服务器”，单台服务器处理能力出现瓶颈时，可以把流量平摊到Web服务器集群的每台服务器中去，提高服务器资源整体利用率。
注意
服务器集群是由多台服务器共同组成的一个虚拟体，对于调用方而言，它是一个大的虚拟集群，而代理服务器中存在多种策略，这里把流量平摊到Web服务器集群的每台服务器中时采用了“轮询”策略。常用策略如下。
- 随机：每个请求会随机访问Web服务器集群中的任意一台服务器。
- IP-hash：每个请求按访问IP的hash结果分配，这样每个用户会访问Web服务器集群中固定的服务器。
- 权重：可设置访问Web服务器集群中各服务器的比例占比，占比越大，处理请求量越多。
采用“轮询”策略将流量分发到主/备服务器，如图1-4所示。
图1-4 电商应用主/备负载均衡结构图
注意
外部流量通过代理服务器Nginx负载均衡分发到主/备服务器上，代理服务器需要ping通且正常访问应用服务器，以防止因网络故障导致不能正常分发流量的情况出现。
如图1-4所示，该结构解决了应用层面服务器单点风险并提高了服务器负载利用率，但数据库层面存在单点风险和连接数瓶颈，故采用“主/从”方式搭配“哨兵”模式进行搭建，如图1-5所示。
图1-5 电商应用/数据库（主/备负载均衡）结构图
注意
应用服务器和数据库之间要ping通且正常访问，主数据库需要同步数据至从数据库，主数据库和从数据库之间也要ping通且正常访问，主数据库用于“写”操作，从数据库用于“读”操作，应用服务器通过“虚拟IP”连接数据库，主从数据库通过“哨兵”控件监控。当主服务器故障宕机时，从服务器会自动切换成主服务器并切换虚拟IP，应用无须改动，虚拟IP会映射成数据库真实的IP，提供读写功能。
到此，应用服务器和数据库都存在多节点，可以合理利用服务器资源，并避免单机风险。