大型網站架構系列：電商網站架構案例分析

上節課咱們小組對淘寶網進行了簡要的架構分析，這周我在課餘時間對這類大型電商網站的某些具體架構技術進行了梳理和歸納，並對一些架構方法進行更深層次的介紹，而且結合軟件工程進行典型電商的需求分析。

1、典型電商案例

電商網站：好比阿里巴巴，京東商城，國美在線，汽車之家等。大型門戶通常是新聞類信息，可使用CDN，靜態化等方式優化，一些交互性比較多的網站，可能會引入更多的NOSQL，分佈式緩存，使用高性能的通訊框架等。電商網站具有以上兩類的特色，好比產品詳情能夠採用CDN，靜態化，交互性高的須要採用NOSQL等技術。所以，咱們採用電商網站做爲案例，進行分析。

2、電商網站需求

客戶需求：

• 創建一個全品類的電子商務網站（B2C），用戶能夠在線購買商品，能夠在線支付，也能夠貨到付款；
• 用戶購買時能夠在線與客服溝通；
• 用戶收到商品後，能夠給商品打分，評價；
• 目前有成熟的進銷存系統；須要與網站對接；
• 但願可以支持3~5年，業務的發展；
• 預計3~5年用戶數達到1000萬；
• 按期舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動；
• 其餘的功能參考京東或國美在線等網站。

這裏介紹一下需求功能矩陣

需求功能矩陣是一種十分全面的需求分析方法，它不會漏掉一些用傳統需求管理方法容易漏掉的肺功能需求，所以推薦你們使用需求功能矩陣，進行需求描述。

一個典型電商網站的需求矩陣以下：

 

網站需求	功能需求	非功能需求
全品類的電子商務網站	分類管理，商品管理	方便進行多品類管理（靈活性）網站訪問速度要快（高性能）圖片存儲的要求（海量小圖片）
用戶能夠在線購買商品	會員管理，購物車，結算功能	良好購物體驗（可用性，性能）
在線支付或貨到付款	多種在線支付方式	支付過程要安全，數據加密（安全性）多種支付接口靈活切換（靈活性，擴展性）
能夠在線與客服溝通	在線客服功能	可靠性：即時通信
商品打分評價	商品評論
目前有成熟的進銷存系統	對接進銷存	屬於約束條件對接時要考慮數據一致性，魯棒性
支持3~5年，業務的發展		屬於約束條件伸縮性，可擴展性
3~5年用戶數達到1000萬		約束條件
舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動	活動管理，秒殺	突增訪問流量（可伸縮）實時性要求（高性能）
參考京東或國美在線		參考條件

以上是對電商網站需求的簡單舉例，目的是說明（1）需求分析的時候，要全面，大型分佈式系統重點考慮非功能需求；（2）描述一個簡單的電商需求場景，使你們對下一步的分析設計有個依據。

3、網站架構

上次咱們小組博客的分析已經把最初的網站架構進行了介紹。隨着目前網站用戶量的激增，目前主流的網站架構已經發生了翻天覆地的變化。通常都會採用集羣的方式，經過服務器集羣之間的通訊提升可訪問數據量和保證訪問的速度。

使用集羣對應用服務器進行冗餘，實現高可用；

使用數據庫主備模式，實現數據備份和高可用；

4、系統容量預估

預估步驟：

1. 註冊用戶數-日均UV量-每日的PV量-天天的併發量；
2. 峯值預估：日常量的2~3倍；
3. 根據併發量（併發，事務數），存儲容量計算系統容量。

   （系統預估必須結合客戶需求）

訪問原則：20/80原則（上次已經介紹過）

容量預估：70/90原則：系統CPU通常維持在70%左右的水平，高峯期達到90%的水平，是不浪費資源，並比較穩定的。內存，IO相似。

以上預估僅供參考，由於服務器配置，業務邏輯複雜度等都有影響。在此CPU，硬盤，網絡等再也不進行評估。

5、網站架構優化

上次咱們組介紹了反向代理CDN，多級緩存等優化技術，此次咱們繼續介紹一些典型的網站架構優化方法。

1.業務拆分

根據業務屬性進行垂直切分，劃分爲產品子系統，購物子系統，支付子系統，評論子系統，客服子系統，接口子系統（對接如進銷存，短信等外部系統）。

根據業務子系統進行等級定義，可分爲核心系統和非核心繫統。核心系統：產品子系統，購物子系統，支付子系統；非核心：評論子系統，客服子系統，接口子系統。

業務拆分做用：提高爲子系統可由專門的團隊和部門負責，專業的人作專業的事，解決模塊之間耦合以及擴展性問題；每一個子系統單獨部署，避免集中部署致使一個應用掛了，所有應用不可用的問題。

等級定義做用：用於流量突發時，對關鍵應用進行保護，實現優雅降級；保護關鍵應用不受到影響。

拆分後的架構圖：

2.應用集羣部署（分佈式，集羣，負載均衡）

分佈式部署：將業務拆分後的應用單獨部署，應用直接經過RPC進行遠程通訊；

集羣部署：電商網站的高可用要求，每一個應用至少部署兩臺服務器進行集羣部署；

負載均衡：是高可用系統必須的，通常應用經過負載均衡實現高可用，分佈式服務經過內置的負載均衡實現高可用，關係型數據庫經過主備方式實現高可用。

集羣部署後架構圖：

3.多級緩存

緩存按照存放的位置通常可分爲兩類本地緩存和分佈式緩存。本案例採用二級緩存的方式，進行緩存的設計。一級緩存爲本地緩存，二級緩存爲分佈式緩存。（還有頁面緩存，片斷緩存等，那是更細粒度的劃分）

一級緩存，緩存數據字典，和經常使用熱點數據等基本不可變/有規則變化的信息，二級緩存緩存須要的全部緩存。當一級緩存過時或不可用時，訪問二級緩存的數據。若是二級緩存也沒有，則訪問數據庫。

緩存的比例，通常1:4，便可考慮使用緩存。（理論上是1:2便可）。

根據業務特性可以使用如下緩存過時策略：

1. 緩存自動過時；
2. 緩存觸發過時；

4.單點登陸（分佈式Session）

系統分割爲多個子系統，獨立部署後，不可避免的會遇到會話管理的問題。通常可採用Session同步，Cookies，分佈式Session方式。電商網站通常採用分佈式Session實現。

再進一步能夠根據分佈式Session，創建完善的單點登陸或帳戶管理系統。

流程說明

1. 用戶第一次登陸時，將會話信息（用戶Id和用戶信息），好比以用戶Id爲Key，寫入分佈式Session；
2. 用戶再次登陸時，獲取分佈式Session，是否有會話信息，若是沒有則調到登陸頁；
3. 通常採用Cache中間件實現，建議使用Redis，所以它有持久化功能，方便分佈式Session宕機後，能夠從持久化存儲中加載會話信息；
4. 存入會話時，能夠設置會話保持的時間，好比15分鐘，超事後自動超時；

結合Cache中間件，實現的分佈式Session，能夠很好的模擬Session會話。

5.數據庫集羣（讀寫分離，分庫分表）

大型網站須要存儲海量的數據，爲達到海量數據存儲，高可用，高性能通常採用冗餘的方式進行系統設計。通常有兩種方式讀寫分離和分庫分表。

讀寫分離：通常解決讀比例遠大於寫比例的場景，可採用一主一備，一主多備或多主多備方式。

本案例在業務拆分的基礎上，結合分庫分表和讀寫分離。以下圖：

1. 業務拆分後：每一個子系統須要單獨的庫；
2. 若是單獨的庫太大，能夠根據業務特性，進行再次分庫，好比商品分類庫，產品庫；
3. 分庫後，若是表中有數據量很大的，則進行分表，通常能夠按照Id，時間等進行分表；（高級的用法是一致性Hash）
4. 在分庫，分表的基礎上，進行讀寫分離；

相關中間件可參考Cobar（阿里，目前已不在維護），TDDL（阿里），Atlas（奇虎360），MyCat（在Cobar基礎上，國內不少牛人，號稱國內第一開源項目）。

分庫分表後序列的問題，JOIN，事務的問題，會在分庫分表主題分享中，介紹。

6.服務化

將多個子系統公用的功能/模塊，進行抽取，做爲公用服務使用。好比本案例的會員子系統就能夠抽取爲公用的服務。

7.消息隊列

消息隊列能夠解決子系統/模塊之間的耦合，實現異步，高可用，高性能的系統。是分佈式系統的標準配置。本案例中，消息隊列主要應用在購物，配送環節。

1. 用戶下單後，寫入消息隊列，後直接返回客戶端；
2. 庫存子系統：讀取消息隊列信息，完成減庫存；
3. 配送子系統：讀取消息隊列信息，進行配送；

目前使用較多的MQ有Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ，MS MQ等，須要根據具體的業務場景進行選擇。建議能夠研究下Rabbit MQ。

6、架構總結