阿里資深架構師總結分佈式系統的經典基礎理論

分佈式系統從誕生髮展到如今已經走過十幾個年頭了，其中伴隨着一些很重要的基礎理論，正式這些影響深淵的基礎理論，奠基了分佈式系統的見識基礎，造就了分佈式領域的一座座宏偉大廈。爲了練就一身武功，讓咱們從這些經典的分佈式理論開始吧！

1、分佈式系統的設計理念

分佈式系統架構的第一原則是不要分佈！這句看似矛盾的話揭露了分佈式系統的不少特徵。

首先，分佈式系統的首要目標是提高系統的總體性能和吞吐量。若是最終設計出來的分佈式系統佔用了10臺機器才勉強達到單機系統的兩倍性能，那麼這個分佈式系統還有存在的價值嗎？另外，及時採用了分佈式架構，也仍然須要盡力提高單機上的程序性能，是的總體性能達到最高。因此，咱們忍讓須要掌握高薪更難單機程序的設計何編程技巧，例如多線程併發編程、多進程高性能IPC通訊、高性能的網絡框架等。

其次，任何分佈式系統都存在讓人沒法迴避的風險和嚴重問題，即系統發聲故障的機率大大增長：小到一個服務器的硬盤發聲故障或者宕機、一個網線唄老師啃壞，大到一個交換機甚至幾十臺服務器一塊兒歇火。在分佈式系統下故障機率之因此增長，除了主要網絡通訊天生的不可靠性及物理上的分佈部署，還猶豫X86服務器的平直愈來愈差，遠不如UNIX小機器，這大概是工業化致使「工匠精神」的匱乏在IT上的一個縮印吧。

綜上分析，咱們看到分佈式系統設計的兩大關鍵目標是「性能」與「容錯性」，而這兩個目標的實現偏偏都是很棘手的問題，並且互相羈絆！舉例說明：好比咱們要設計一個分佈式儲存系統，處於對性能的考慮，寫文件時先寫一個副本到某個機器上並當即返回，而後異步發起多副本的複製過程，這種設計的性能最好，單存在「容錯性」的風險，既文件寫完後，目標機器當即發生故障，致使文件丟失！若是同時多謝個副本，每一個副本成功之後再返回，則又致使「性能」降低，由於這個過程取決於最慢的那臺機器的性能。

因爲「性能」的指標是絕對的，而容錯性的指標是相對的，並且實際上對於不一樣的數據與業務，咱們要求的容錯性其實能夠存在很大的差別：容許意外的丟失一些日之類的數據；容許一些信息類的數據展現不一致二最終達到一致；而對交易類的數據則要求有很高的可靠性。因而你會發現，不少分佈式系統的設計都提供了多種容錯性策略，以適應不一樣的業務場景，咱們在學習何設計分佈式系統的過程當中也須要注意這一特性。

2、中心化的設計思想

中心化的設計思想很簡單，分佈式集羣中的節點機器按照角色分工，大致上氛圍兩種角色：

「領導」和「幹活的」，「領導」一般負責分發任務並監督「幹活的」，發現誰太閒了，就想發設法地給其安排新任務，確保沒有一個「幹活的」可以偷懶，若是「領導」發現某個「幹活的」由於勞累過分而病倒了，則是不會考慮先嚐試「醫治」他的，而是一腳踢出去，而後把他的任務分給其餘人。其中微服務架構Kubernetes就剛好採用了這一設計思路。

中心化的設計存在的最大問題是「領導」的安危問題，若是「領導」出了問題，則羣龍無首，整個集羣就奔潰了。但咱們難以同時安排兩個「領導」以免單點問題。爲了解決這個問題，大多數中心化系統都採用了主備兩個「領導」的設計方案，能夠是熱備或者冷備，也能夠是自動切換或者手動切換，並且愈來愈多的新系統都開始具有自動選舉切換「領導」的能力，以提高系統的可用性。中心化設計還存在另一個潛在的問題，既「領導」的能力問題：能夠領導10我的高效工做並不意味着能夠領導100我的高效工做，因此若是系統設計和實現得很差，問題就會卡在「領導」身上。

2、去中心化設計思想 

在去中心化的設計裏，一般沒有「領導」和「幹活的」這兩種角色的區分，你們的角色都是同樣的，地位是平等的，全球互聯網就是一個典型的去中心化的分佈式系統，聯網的任意節點設備宕機，都只會影響很小範圍的功能。去中心化設計的核心在於整個分佈式系統中不存在一個區別於其餘節點的「領導」，所以不存在單點故障爲題，但因爲不存在「領導」‘因此每一個節點都須要跟其餘節點對話才能獲取到必要的集羣信息，而分佈式系統通訊的不可靠性，則大大增長了上述功能的實現難度。

去中心化設計裏最難解決的一個問題是「腦裂」問題，這種狀況的發聲機率很低，但影響很大。腦裂問題，這種狀況的發生機率很低，但影響很大。腦裂指一個集羣猶豫網絡的故障，被分爲至少兩個彼此沒法通訊的單獨集羣，此時若是兩個集羣都各自工做，則可能會產生眼中的數據衝突何錯誤。通常的設計思路是，當集羣半段發聲了腦裂問題是，規模較小的集羣就「自殺」或者拒絕服務。

實際上，徹底意義的真正去中心化的分佈式系統並很少見。相反，外部開來去中心化單工做機制採用了中心化設計思想的分佈式系統正在不斷涌出。在這種架構下，集羣中的領導是被動態選擇出來的，而不是認爲預先置頂的，並且集羣發聲故障的狀況下，集羣的成員會自發的舉行「會議」選舉新的「領導」主持工做。最典型的案例就是ZooKeeper及Go語言實現的Etcd

關於分佈式系統架構的底層原理不是幾篇文章就能所有弄明白的，它的應用範圍覆蓋及廣，針對這些知識點我找了幾位架構師朋友錄製了視頻分享在個人羣中：725219329都是分佈式架構的底層實現原理。感興趣的朋友能夠加進來看看，都是免費獲取的。最後分享一個我整理出來的分佈式架構學習路線圖供你們參考：