什麼是高併發 ，一些常見的處理方式

1、什麼是高併發

高併發（High Concurrency）是互聯網分佈式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它一般是指，經過設計保證系統可以同時並行處理不少請求。

 

高併發相關經常使用的一些指標有響應時間（Response Time），吞吐量（Throughput），每秒查詢率QPS（Query Per Second），併發用戶數等。

 

響應時間：系統對請求作出響應的時間。例如系統處理一個HTTP請求須要200ms，這個200ms就是系統的響應時間。

吞吐量：單位時間內處理的請求數量。

QPS：每秒響應請求數。在互聯網領域，這個指標和吞吐量區分的沒有這麼明顯。

併發用戶數：同時承載正常使用系統功能的用戶數量。例如一個即時通信系統，同時在線量必定程度上表明瞭系統的併發用戶數。

 

2、如何提高系統的併發能力

互聯網分佈式架構設計，提升系統併發能力的方式，方法論上主要有兩種：垂直擴展（Scale Up）與水平擴展（Scale Out）。

垂直擴展：提高單機處理能力。垂直擴展的方式又有兩種：

（1）加強單機硬件性能，例如：增長CPU核數如32核，升級更好的網卡如萬兆，升級更好的硬盤如SSD，擴充硬盤容量如2T，擴充系統內存如128G；

（2）提高單機架構性能，例如：使用Cache來減小IO次數，使用異步來增長單服務吞吐量，使用無鎖數據結構來減小響應時間；

 

在互聯網業務發展很是迅猛的早期，若是預算不是問題，強烈建議使用「加強單機硬件性能」的方式提高系統併發能力，由於這個階段，公司的戰略每每是發展業務搶時間，而「加強單機硬件性能」每每是最快的方法。

 

不論是提高單機硬件性能，仍是提高單機架構性能，都有一個致命的不足：單機性能老是有極限的。因此互聯網分佈式架構設計高併發終極解決方案仍是水平擴展。

 

水平擴展：只要增長服務器數量，就能線性擴充系統性能。水平擴展對系統架構設計是有要求的，如何在架構各層進行可水平擴展的設計，以及互聯網公司架構各層常見的水平擴展實踐，是本文重點討論的內容。

 

3、常見的互聯網分層架構

常見互聯網分佈式架構如上，分爲：

（1）客戶端層：典型調用方是瀏覽器browser或者手機應用APP

（2）反向代理層：系統入口，反向代理

（3）站點應用層：實現核心應用邏輯，返回html或者json

（4）服務層：若是實現了服務化，就有這一層

（5）數據-緩存層：緩存加速訪問存儲

（6）數據-數據庫層：數據庫固化數據存儲

整個系統各層次的水平擴展，又分別是如何實施的呢？

 

4、分層水平擴展架構實踐

反向代理層的水平擴展

反向代理層的水平擴展，是經過「DNS輪詢」實現的：dns-server對於一個域名配置了多個解析ip，每次DNS解析請求來訪問dns-server，會輪詢返回這些ip。

當nginx成爲瓶頸的時候，只要增長服務器數量，新增nginx服務的部署，增長一個外網ip，就能擴展反向代理層的性能，作到理論上的無限高併發。

 

站點層的水平擴展

站點層的水平擴展，是經過「nginx」實現的。經過修改nginx.conf，能夠設置多個web後端。

當web後端成爲瓶頸的時候，只要增長服務器數量，新增web服務的部署，在nginx配置中配置上新的web後端，就能擴展站點層的性能，作到理論上的無限高併發。

 

服務層的水平擴展

服務層的水平擴展，是經過「服務鏈接池」實現的。

站點層經過RPC-client調用下游的服務層RPC-server時，RPC-client中的鏈接池會創建與下游服務多個鏈接，當服務成爲瓶頸的時候，只要增長服務器數量，新增服務部署，在RPC-client處創建新的下游服務鏈接，就能擴展服務層性能，作到理論上的無限高併發。若是須要優雅的進行服務層自動擴容，這裏可能須要配置中內心服務自動發現功能的支持。

 

數據層的水平擴展

在數據量很大的狀況下，數據層（緩存，數據庫）涉及數據的水平擴展，將本來存儲在一臺服務器上的數據（緩存，數據庫）水平拆分到不一樣服務器上去，以達到擴充系統性能的目的。

 

互聯網數據層常見的水平拆分方式有這麼幾種，以數據庫爲例：

按照範圍水平拆分

每個數據服務，存儲必定範圍的數據，上圖爲例：

user0庫，存儲uid範圍1-1kw

user1庫，存儲uid範圍1kw-2kw

這個方案的好處是：

（1）規則簡單，service只需判斷一下uid範圍就能路由到對應的存儲服務；

（2）數據均衡性較好；

（3）比較容易擴展，能夠隨時加一個uid[2kw,3kw]的數據服務；

不足是：

（1）      請求的負載不必定均衡，通常來講，新註冊的用戶會比老用戶更活躍，大range的服務請求壓力會更大；

 

按照哈希水平拆分

每個數據庫，存儲某個key值hash後的部分數據，上圖爲例：

user0庫，存儲偶數uid數據

user1庫，存儲奇數uid數據

這個方案的好處是：

（1）規則簡單，service只需對uid進行hash能路由到對應的存儲服務；

（2）數據均衡性較好；

（3）請求均勻性較好；

不足是：

（1）不容易擴展，擴展一個數據服務，hash方法改變時候，可能須要進行數據遷移；

 

這裏須要注意的是，經過水平拆分來擴充系統性能，與主從同步讀寫分離來擴充數據庫性能的方式有本質的不一樣。

經過水平拆分擴展數據庫性能：

（1）每一個服務器上存儲的數據量是總量的1/n，因此單機的性能也會有提高；

（2）n個服務器上的數據沒有交集，那個服務器上數據的並集是數據的全集；

（3）數據水平拆分到了n個服務器上，理論上讀性能擴充了n倍，寫性能也擴充了n倍（其實遠不止n倍，由於單機的數據量變爲了原來的1/n）；

經過主從同步讀寫分離擴展數據庫性能：

（1）每一個服務器上存儲的數據量是和總量相同；

（2）n個服務器上的數據都同樣，都是全集；

（3）理論上讀性能擴充了n倍，寫仍然是單點，寫性能不變；

 

緩存層的水平拆分和數據庫層的水平拆分相似，也是以範圍拆分和哈希拆分的方式居多，就再也不展開。

 

5、總結

高併發（High Concurrency）是互聯網分佈式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它一般是指，經過設計保證系統可以同時並行處理不少請求。

提升系統併發能力的方式，方法論上主要有兩種：垂直擴展（Scale Up）與水平擴展（Scale Out）。前者垂直擴展能夠經過提高單機硬件性能，或者提高單機架構性能，來提升併發性，但單機性能老是有極限的，互聯網分佈式架構設計高併發終極解決方案仍是後者：水平擴展。

互聯網分層架構中，各層次水平擴展的實踐又有所不一樣：

（1）反向代理層能夠經過「DNS輪詢」的方式來進行水平擴展；

（2）站點層能夠經過nginx來進行水平擴展；

（3）服務層能夠經過服務鏈接池來進行水平擴展；

（4）數據庫能夠按照數據範圍，或者數據哈希的方式來進行水平擴展；

各層實施水平擴展後，可以經過增長服務器數量的方式來提高系統的性能，作到理論上的性能無限。