大型Web网站架构演变之9大阶段

 前言

我们以Java Web为例，来搭建一个简单的电商系统，看看这个系统可以如何一步步演变。

该系统具备的功能：

用户模块：用户注册和管理

商品模块：商品展示和管理

交易模块：创建交易和管理

正文

阶段一、单机构建网站

网站的初期，我们经常会在单机上跑我们所有的程序和软件。此时我们使用一个容器，如Tomcat、Jetty、Jboss，然后直接使用JSP/Servlet技术，或者使用一些开源的框架如Maven + Spring + Struts + Hibernate、Maven + Spring + Spring MVC + Mybatis。最后再选择一个数据库管理系统来存储数据，如MySQL、SqlServer、Oracle，然后通过JDBC进行数据库的连接和操作。

把以上的所有软件包括数据库、应用程序都装载同一台机器上，应用跑起来了，也算是一个小系统了。此时系统结果如下：

阶段二、应用服务器与数据库分离

随着网站的上线，访问量逐步上升，服务器的负载慢慢提高，在服务器还没有超载的时候，我们应该就要做好准备，提升网站的负载能力。假如我们代码层面已难以优化，在不提高单台机器的性能的情况下，采用增加机器是一个不错的方式，不仅可以有效地提高系统的负载能力，而且性价比高。

增加的机器用来做什么呢?此时我们可以把数据库服务器和Web服务器拆分开来，这样不仅提高了单台机器的负载能力，也提高了容灾能力。

应用服务器与数据库分开后的架构如下图所示：

阶段三、应用服务器集群

随着访问量继续增加，单台应用服务器已经无法满足需求了。在假设数据库服务器没有压力的情况下，我们可以把应用服务器从一台变成了两台甚至多台，把用户的请求分散到不同的服务器中，从而提高负载能力。而多台应用服务器之间没有直接的交互，他们都是依赖数据库各自对外提供服务。著名的做故障切换的软件有KeepAlived，KeepAlived是一个类似于Layer3、4、7交换机制的软件，他不是某个具体软件故障切换的专属品，而是可以适用于各种软件的一款产品。KeepAlived配合上ipvsadm又可以做负载均衡，可谓是神器。

我们以增加了一台应用服务器为例，增加后的系统结构图如下：

系统演变到这里，将会出现下面四个问题：

1. 用户的请求由谁来转发到到具体的应用服务器?
2. 有那些转发的算法和策略可以使用?
3. 应用服务器如何返回用户的请求?
4. 用户如果每次访问到的服务器不一样，那么如何维护session的一致性?

针对以上问题，常用的解决方案如下：

1、负载均衡的问题

一般以下有5种解决方案：

1）、HTTP重定向

HTTP重定向就是应用层的请求转发。用户的请求其实已经到了HTTP重定向负载均衡服务器，服务器根据算法要求用户重定向，用户收到重定向请求后，再次请求真正的集群

• 优点：简单易用;
• 缺点：性能较差。

2）、DNS域名解析负载均衡

DNS域名解析负载均衡就是在用户请求DNS服务器，获取域名对应的IP地址时，DNS服务器直接给出负载均衡后的服务器IP。

• 优点：交给DNS，不用我们去维护负载均衡服务器;
• 缺点：当一个应用服务器挂了，不能及时通知DNS，而且DNS负载均衡的控制权在域名服务商那里，网站无法做更多的改善和更强大的管理。

3）、反向代理服务器

在用户的请求到达反向代理服务器时(已经到达网站机房)，由反向代理服务器根据算法转发到具体的服务器。常用的Apache，Nginx都可以充当反向代理服务器。

• 优点：部署简单;
• 缺点：代理服务器可能成为性能的瓶颈，特别是一次上传大文件。

4）、IP层负载均衡

在请求到达负载均衡器后，负载均衡器通过修改请求的目的IP地址，从而实现请求的转发，做到负载均衡。

• 优点：性能更好;
• 缺点：负载均衡器的宽带成为瓶颈。

5）、数据链路层负载均衡

在请求到达负载均衡器后，负载均衡器通过修改请求的MAC地址，从而做到负载均衡，与IP负载均衡不一样的是，当请求访问完服务器之后，直接返回客户。而无需再经过负载均衡器。

2、集群调度转发算法

1）、rr轮询调度算法

顾名思义，轮询分发请求。

• 优点：实现简单
• 缺点：不考虑每台服务器的处理能力

2）、wrr加权调度算法

我们给每个服务器设置权值Weight，负载均衡调度器根据权值调度服务器，服务器被调用的次数跟权值成正比。

• 优点：考虑了服务器处理能力的不同

3）、sh原地址散列算法

提取用户IP，根据散列函数得出一个key，再根据静态映射表，查处对应的value，即目标服务器IP。过目标机器超负荷，则返回空。

• 优点：实现同一个用户访问同一个服务器。

4）、dh目标地址散列算法

原理同上，只是现在提取的是目标地址的IP来做哈希。

• 优点：实现同一个用户访问同一个服务器。

5）、lc最少连接算法

优先把请求转发给连接数少的服务器。

• 优点：使得集群中各个服务器的负载更加均匀。

6）、wlc加权最少连接算法

在lc的基础上，为每台服务器加上权值。算法为：(活动连接数 * 256 + 非活动连接数) ÷ 权重，计算出来的值小的服务器优先被选择。

• 优点：可以根据服务器的能力分配请求。

7）、sed最短期望延迟算法

其实sed跟wlc类似，区别是不考虑非活动连接数。算法为：(活动连接数 +1 ) * 256 ÷ 权重，同样计算出来的值小的服务器优先被选择。

8)、nq永不排队算法

改进的sed算法。我们想一下什么情况下才能“永不排队”，那就是服务器的连接数为0的时候，那么假如有服务器连接数为0，均衡器直接把请求转发给它，无需经过sed的计算。

9)、LBLC基于局部性最少连接算法

负载均衡器根据请求的目的IP地址，找出该IP地址最近被使用的服务器，把请求转发之。若该服务器超载，最采用最少连接数算法。

10)、LBLCR带复制的基于局部性最少连接算法

（编辑：核心网）

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