互联网的三高架构

互联网的三高架构

1  互联网三高的基本概念

互联网三高架构是在设计互联网系统时，要满足高并发，高性能，高可用三个特点。

2  高并发

2.1　高并发简介

高并发（High Concurrency）是互联网​​分布式系统​​架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。 高并发相关常用的一些指标有响应时间（Response Time），吞吐量，每秒查询率QPS（Query Per Second），并发用户数等。

响应时间：系统对请求做出响应的时间。例如系统处理一个HTTP请求需要200ms，这个200ms就是系统的响应时间。

吞吐量：单位时间内处理的请求数量。

QPS：每秒响应请求数。在互联网领域，这个指标和吞吐量区分的没有这么明显。

并发用户数：同时承载正常使用系统功能的用户数量。例如一个即时通讯系统，同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数

2.2　如何提高并发能力

垂直扩展（Scale Up）：增强单机硬件性能（优先）：例如：增加CPU核数如32核，升级更好的网卡如万兆，升级更好的硬盘如SSD，扩充硬盘容量如2T，扩充系统内存如128G。

提升单机架构性能：例如：使用Cache来减少IO次数，使用异步来增加单服务吞吐量，使用无锁数据结构来减少响应时间。

总结：管是提升单机硬件能，还是提升单机架构性能，都有一个致命的不足：单机性能总是有极限的。所以互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是水平扩展。

水平扩展（Scale Out）：只要增加服务器数量，就能线性扩充系统性能。水平扩展对系统架构设计是有要求的，难点在于：如何在架构各层进行可水平扩展的设计。

3 高性能

3.1 高性能简介

简单的说，高性能（High Performance）就是指程序处理速度快，所占内存少，cpu占用率低。

高并发和高性能是紧密相关的，提高应用的性能，是肯定可以提高系统的并发能力的。

应用性能优化的时候，对于计算密集型和IO密集型还是有很大差别，需要分开来考虑。

增加服务器资源（CPU、内存、服务器数量），绝大部分时候是可以提高应用的并发能力和性能 （前提是应用能够支持多任务并行计算，多服务器分布式计算才行），但也是要避免其中的一些问题，才可以更好的更有效率的利用服务器资源。

3.2 提高高性能的注意事项

避免因为IO阻塞让CPU闲置，导致CPU的浪费。

避免多线程间增加锁来保证同步，导致并行系统串行化。

避免创建、销毁、维护太多进程、线程，导致操作系统浪费资源在调度上。

避免分布式系统中多服务器的关联，比如：依赖同一个mysql，程序逻辑中使用分布式锁，导致瓶颈在mysql，分布式又变成串行化运算。

4 高可用

4.1 高可用简介

高可用性（High Availability）通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性(一直都能用)

4.2 高可用注意事项

避免单点：使用单个服务器，一旦该服务器意外宕机，将导致服务不可用

使用“集群”，一台服务器挂了，还有其他后备服务器能够顶上

5 举例：Redis的主从复制

5.1应用场景

电子商务网站上的商品，一般都是一次上传，无数次浏览的，说专业点也就是”多读少写”。

5.2 实现原理

一个Redis服务可以有多个该服务的复制品，这个Redis服务称为Master，其它复制称为Slaves。

如图中所示，我们将一台Redis服务器作主库(Matser)，其他三台作为从库(Slave)，主库只负责写数据，每次有数据更新都将更新的数据同步到它所有的从库，而从库只负责读数据。这样一来，就有了两个好处：读写分离：不仅可以提高服务器的负载能力，并且可以根据读请求的规模自由增加或者减少从库的数量。数据被复制成了了好几份，就算有一台机器出现故障，也可以使用其他机器的数据快速恢复。

注意事项：在Redis主从模式中，一台主库可以拥有多个从库，但是一个从库只能隶属于一个主库。

6 结束语

通过本文提到的方法可以有效提高并发能力，也介绍了一些提高高性能和高可用的注意事项。并举例说明了一下。

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