常見的網站服務器架構總結

非原創，整理自： 大型網站技術架構 (豆瓣)

做者：xlzd
連接：https://www.zhihu.com/question/20657269/answer/101795180
來源：知乎
著做權歸做者全部。商業轉載請聯繫做者得到受權，非商業轉載請註明出處。

1. 初始階段的網站架構

通常來說，大型網站都是從小型網站發展而來，一開始的架構都比較簡單，隨着業務複雜和用戶量的激增，纔開始作不少架構上的改進。當它仍是小型網站的時候，沒有太多訪客，通常來說只須要一臺服務器就夠了，這時應用程序、數據庫、文件等全部資源都在一臺服務器上，網站架構以下圖所示：

2. 應用服務和數據服務分離

隨着網站業務的發展和用戶量的增長，一臺服務器就沒法再知足需求了。大量用戶訪問致使訪問速度愈來愈慢，而逐漸增長的數據也會致使存儲空間不足。這時就須要將應用和數據分離，應用和數據分離後整個網站使用 3 臺服務器：應用服務器、文件服務器和數據庫服務器。這 3 臺服務器對硬件資源的要求各不相同：

• 應用服務器業務邏輯，須要強大的CPU
• 數據庫服務器對磁盤讀寫操做不少，須要更快的磁盤和更大的內存
• 文件服務器存儲用戶上傳的文件，所以須要更大的磁盤空間

此時，網站系統的架構以下圖所示：

3. 使用緩存改善網站性能

隨着用戶再增長，網站又會一次面臨挑戰：數據庫壓力太大致使整站訪問效率再此降低，用戶體驗受到影響。一個網站，每每 80% 的業務訪問集中在 20% 的數據上，好比微博請求量最多的確定是那些千萬級粉絲的大 V 的微博，而幾乎沒有人關注的你的首頁，除了本身想起來以外根本不會被打開。既然大部分業務訪問集中在一小部分數據上，那就把這一小部分數據先提早緩存在內存中，而不是每次都去數據庫讀取，這樣就能夠減小數據庫的訪問壓力，從而提升整個網站的訪問速度。

網站使用的緩存通常分爲緩存到應用服務器或者緩存在專門的分佈式緩存服務器。緩存到應用服務器本身的訪問速度快不少，可是受自身內存限制，每每不太適用。遠程分佈式緩存使用一個集羣專門負責緩存服務，當內存不夠還能夠輕鬆得動態擴容。

4. 使用應用服務器集羣改善網站的併發處理能力

使用緩存後，數據訪問壓力獲得了緩解，可是單一應用服務器可以處理的請求鏈接有限，在網站訪問高峯期，應用服務器就成了整個網站的效率瓶頸。使用分佈式集羣是網站解決高併發、海量數據問題的經常使用手段。當一臺服務器的處理能力和存儲空間不足時，不要嘗試去更換更強大的服務器，對大型網站而言，多麼強大的服務器，都知足不了網站持續增加的業務需求。這種狀況下，更恰當的作法是增長一臺服務器分擔原有服務器的訪問及存儲壓力。 對網站架構而言，只要能經過增長一臺服務器的方式改善負載壓力，就能夠以一樣的方式持續增長服務器不斷改善系統性能，從而實現系統的可伸縮性。應用服務器實現集羣是網站可伸縮架構設計中較爲簡單成熟的一種，以下圖所示：

經過負載均衡調度服務器，能夠未來自用戶瀏覽器的訪問請求分發到應用服務器集羣中的任何一臺服務器上，若是有更多用戶，就在集羣中加入更多的應用服務器，使應用服務器的壓力再也不成爲整個網站的瓶頸。

5. 數據庫讀寫分離

網站在使用緩存後，使對大部分數據讀操做訪問均可以不經過數據庫就能完成，可是仍有一部分讀操做（緩存訪問不命中、緩存過時）和所有的寫操做都須要訪問數據庫，在網站的用戶達到必定規模後，數據庫由於負載壓力太高而成爲網站的瓶頸。 目前大部分的主流數據庫都提供主從熱備功能，經過配置兩臺數據庫主從關係，能夠將一臺數據庫服務器的數據更新同步到另外一臺服務器上。網站利用數據庫的這一功能，實現數據庫讀寫分離，從而改善數據庫負載壓力。以下圖所示：

應用服務器在寫數據的時候，訪問主數據庫，主數據庫經過主從複製機制將數據更新同步到從數據庫，這樣當應用服務器讀數據的時候，就能夠經過從數據庫得到數據。爲了便於應用程序訪問讀寫分離後的數據庫，一般在應用服務器端使用專門的數據訪問模塊，使數據庫讀寫分離對應用透明。

6. 使用反向代理和 CDN 加速網站響應

隨着網站業務不斷髮展，用戶規模愈來愈大，因爲中國複雜的網絡環境，不一樣地區的用戶訪問網站時，速度差異也極大。有研究代表，網站訪問延遲和用戶流失率正相關，網站訪問越慢，用戶越容易失去耐心而離開。爲了提供更好的用戶體驗，留住用戶，網站須要加速網站訪問速度。主要手段有使用 CDN 和反向代理。以下圖所示：

7. 使用分佈式文件系統和分佈式數據庫系統

任何強大的單一服務器都知足不了大型網站持續增加的業務需求。數據庫通過讀寫分離後，從一臺服務器拆分紅兩臺服務器，可是隨着網站業務的發展依然不能知足需求，這時須要使用分佈式數據庫。文件系統也同樣，須要使用分佈式文件系統。以下圖所示：

分佈式數據庫是網站數據庫拆分的最後手段，只有在單表數據規模很是龐大的時候才使用。不到不得已時，網站更經常使用的數據庫拆分手段是業務分庫，將不一樣業務的數據部署在不一樣的物理服務器上。

8. 使用 NoSQL 和搜索引擎

隨着網站業務愈來愈複雜，對數據存儲和檢索的需求也愈來愈複雜，網站須要採用一些非關係數據庫技術如 NoSQL 和非數據庫查詢技術如搜索引擎。以下圖所示：

NoSQL 和搜索引擎都是源自互聯網的技術手段，對可伸縮的分佈式特性具備更好的支持。應用服務器則經過一個統一數據訪問模塊訪問各類數據，減輕應用程序管理諸多數據源的麻煩。

9. 業務拆分

大型網站爲了應對日益複雜的業務場景，經過使用分而治之的手段將整個網站業務分紅不一樣的產品線。如大型購物交易網站都會將首頁、商鋪、訂單、買家、賣家等拆分紅不一樣的產品線，分歸不一樣的業務團隊負責。

具體到技術上，也會根據產品線劃分，將一個網站拆分紅許多不一樣的應用，每一個應用獨立部署。應用之間能夠經過一個超連接創建關係（在首頁上的導航連接每一個都指向不一樣的應用地址），也能夠經過消息隊列進行數據分發，固然最多的仍是經過訪問同一個數據存儲系統來構成一個關聯的完整系統，以下圖所示：

10. 分佈式服務

隨着業務拆分愈來愈小，存儲系統愈來愈龐大，應用系統的總體複雜度呈指數級增長，部署維護愈來愈困難。因爲全部應用要和全部數據庫系統鏈接，在數萬臺服務器規模的網站中，這些鏈接的數目是服務器規模的平方，致使數據庫鏈接資源不足，拒絕服務。

既然每個應用系統都須要執行許多相同的業務操做，好比用戶管理、商品管理等，那麼能夠將這些共用的業務提取出來，獨立部署。由這些可複用的業務鏈接數據庫，提供共用業務服務，而應用系統只須要管理用戶界面，經過分佈式服務調用共用業務服務完成具體業務操做。以下圖所示：

大型網站的架構演化到這裏，基本上大多數的技術問題均可以得以解決了。

這裏只是大框架介紹，實際使用中不容易注意到的細節太多了，須要經驗的積累，才能運動嫺熟！