1、分布式

小明的公司又3个系统：系统A，系统B和系统C，这三个系统所做的业务不同，被部署在3个独立的机器上运行，他们之间互相调用（当然是跨域网络的），通力合作完成公司的业务流程。

将不同的业务分部在不同的地方，就构成了一个分布式的系统，现在问题来了，系统A是整个分布式系统的脸面，用户直接访问，用户访问量大的时候要么是速度巨慢，要么直接挂掉，怎么办？

由于系统A只有一份，所以会引起单点失败。。。

2、集群（Cluster）

小明的公司不差钱，就多买几台机器吧，小明把系统A一下子部署了好几份（例如下图的3个服务器），每一份都是系统A的一个实例，对外提供同样的服务，这样，就不怕其中一个坏掉了，还有另外两个呢。

这三个服务器的系统就组成了一个集群。

可是对用户来说，一下子出现这么多系统A，每个系统的IP地址都不一样，到底访问哪一个呢？

如果所有人都访问服务器1.1，那服务器1.1会被累死，剩下两个闲死，成了浪费钱的摆设

3、负载均衡（Load Balancer）

小明要尽可能的让3个机器上的系统A工作均衡一些，比如有3万个请求，那就让3个服务器各处理1万个（理想情况），这叫负载均衡

很明显，这个负载均衡的工作最好独立出来，放到独立的服务器上（例如nginx）：

后来小明发现，这个负载均衡的服务器虽然工作内容简单，就是拿到请求，分发请求，但是它还是有可能挂掉，单点失败还是会出现。

没办法，只好把负载均衡也搞成一个集群，bug和系统A的集群有两点不同：

1.这个新的集群中虽然有两个机器，但是我们可以用某种办法，让这个机器对外只提供一个IP地址，也就是用户看到的好像只有一个机器。

2.同一时刻，我们只让一个负载均衡的机器工作，另外一个原地待命，如果工作的那个拐到了，待命的那个就顶上去。

4、弹性(伸缩性)

如果3个系统A的实例还是满足不了大量请求，例如双十一，可以申请增加服务器，双十一过后，新增的服务器闲置，成了摆设，于是小明决定尝试云计算，在云端可以轻松的创建，删除虚拟的服务器，那样就可以轻松的随着用户的请求动态的增减服务器了。

5、失效转移

上面的系统看起来很美好，但是做了一个不切实际的假设：

所有的服务都是无状态的，换句话说，假设用户的两次请求直接是没有关联的。但是现实是，大部分服务都是有状态的，例如购物车。用户访问系统，在服务器上创建了一个购物车，并向其中加了几个商品，然后服务器1.1挂掉了，用户后续访问就找不到服务器1.1了，这时候就要做失效转移，让另外几个服务器去接管，去处理用户的请求。可是问题来了，在服务器1.2,1.3上有用户的购物车吗？如果没有，用户就会抱怨，我刚创建的购物车哪里去了？还有更严重的，假设用户登录过得信息保存到了该服务器1.1上登录的，用户登录过的信息保存到了该服务器的session中，现在这个服务器挂了，用的session就不见了，会把用户踢到了登录界面，让用户再次登录！处理不好状态的问题，集群的威力就大打折扣，无法完成真正的失效转移，甚至无法使用。

怎么办？、一种办法是把状态信息在集群的各个服务器之间复制，让集群的各个服务器达成一致，谁来干这个事情？只能像Webspher，Weblogic这样的应用服务器了。还有一种办法，就是把状态信息几种存储在一个地方，让集群服务器的各个服务器都能访问到：小明听说Redis不错，那就用Redis来保存吧！例如一般把session存到redis里面

认识分布式架构

认识分布式架构随着计算机系统规模变得越来越大，将所有的业务单元集中部署在一个或若干个大型机上的体系结构，已经越来越不能满足当今计算机系统，尤其是大型互联网系统的快速发展，各种灵活多变的系统架构模型层出不穷。分布式的处理方式越来越受到业界的青睐——计算机系统正在经历一场前所未有的从集中式向分布式架构的变革。

集中式与分布式

集中式系统

所谓的集中式系统就是指由一台或多台主计算机组成中心节点，数据集中存储于这个中心节点中，并且整个系统的所有业务单元都集中部署在这个中心节点上，系统的所有功能均由其集中处理。

集中式系统的最大的特点就是部署结构非常简单，底层一般采用从IBM、HP等厂商购买到的昂贵的大型主机。因此无需考虑如何对服务进行多节点的部署，也就不用考虑各节点之间的分布式协作问题。但是，由于采用单机部署，很可能带来系统大而复杂、难于维护、发生单点故障（单个点发生故障的时候会波及到整个系统或者网络，从而导致整个系统或者网络的瘫痪）、扩展性差等问题。

分布式系统

分布式系统是一个硬件或软件组件分布在不同的网络计算机上，彼此之间仅仅通过消息传递进行通信和协调的系统。简单来说就是一群独立计算机集合共同对外提供服务，但是对于系统的用户来说，就像是一台计算机在提供服务一样。分布式意味着可以采用更多的普通计算机（相对于昂贵的大型机）组成分布式集群对外提供服务。计算机越多，CPU、内存、存储资源等也就越多，能够处理的并发访问量也就越大。

从分布式系统的概念中我们知道，各个主机之间通信和协调主要通过网络进行，所以分布式系统中的计算机在空间上几乎没有任何限制，这些计算机可能被放在不同的机柜上，也可能被部署在不同的机房中，还可能在不同的城市中，对于大型的网站甚至可能分布在不同的国家和地区。但是，无论空间上如何分布，一个标准的分布式系统应该具有以下几个主要特征：

主要特征

分布性

分布式系统中的多台计算机之间在空间位置上可以随意分布，同时，机器的分布情况也会随时变动。

对等性

分布式系统中的计算机没有主／从之分，即没有控制整个系统的主机，也没有被控制的从机，组成分布式系统的所有计算机节点都是对等的。副本（Replica）是分布式系统最常见的概念之一，指的是分布式系统对数据和服务提供的一种冗余方式。在常见的分布式系统中，为了对外提供高可用的服务，我们往往会对数据和服务进行副本处理。数据副本是指在不同节点上持久化同一份数据，当某一个节点上存储的数据丢失时，可以从副本上读取该数据，这是解决分布式系统数据丢失问题最为有效的手段。另一类副本是服务副本，指多个节点提供同样的服务，每个节点都有能力接收来自外部的请求并进行相应的处理。

并发性

在一个计算机网络中，程序运行过程的并发性操作是非常常见的行为。例如同一个分布式系统中的多个节点，可能会并发地操作一些共享的资源，如何准确并高效地协调分布式并发操作也成为了分布式系统架构与设计中最大的挑战之一。

缺乏全局时钟

在分布式系统中，很难定义两个事件究竟谁先谁后，原因就是因为分布式系统缺乏一个全局的时钟序列控制。

故障总是会发生

组成分布式系统的所有计算机，都有可能发生任何形式的故障。除非需求指标允许，在系统设计时不能放过任何异常情况。

分布式系统面临的问题

通信异常

分布式系统需要在各个节点之间进行网络通信，因此网络通信都会伴随着网络不可用的风险或是系统不可用都会导致最终分布式系统无法顺利完成一次网络通信。另外，即使分布式系统各节点之间的网络通信能够正常进行，其延时也会远大于单机操作，会影响消息的收发的过程，因此消息丢失和消息延迟变得非常普遍。

网络分区

当网络由于发生异常情况，导致分布式系统中部分节点之间的网络延时不断增大，最终导致组成分布式系统的所有节点中，只有部分节点之间能够进行正常通信，而另一些节点则不能——我们将这个现象称为网络分区，就是俗称的“脑裂”。当网络分区出现时，分布式系统会出现局部小集群，在极端情况下，这些局部小集群会独立完成原本需要整个分布式才能完成的功能，这就对分布式一致性提出类非常大的挑战。

三态

分布式系统的每一次请求与响应，存在特有的“三态”概念，即成功、失败与超时。当出现超时现象时，网络通信的发起方是无法确定当前请求是否被成功处理的。

节点故障

节点故障则是分布式环境下另一个比较常见的问题，指的是组成分布式系统的服务器节点出现的宕机或“僵死”现象。

分布式理论(一) - CAP定理

前言 CAP原则又称CAP定理，指的是在一个分布式系统中，Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性）这三个基本需求，最多只能同时满足其中的2个。

1.CAP原则简介

Consistency（一致性）指数据在多个副本之间能够保持一致的特性（严格的一致性） Availability（可用性）指系统提供的服务必须一直处于可用的状态，每次请求都能获取到非错的响应（不保证获取的数据为最新数据） Partition tolerance（分区容错性）分布式系统在遇到任何网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务，除非整个网络环境都发生了故障

什么是分区？

在分布式系统中，不同的节点分布在不同的子网络中，由于一些特殊的原因，这些子节点之间出现了网络不通的状态，但他们的内部子网络是正常的。从而导致了整个系统的环境被切分成了若干个孤立的区域，这就是分区。

2.CAP原则权衡

通过CAP理论，我们知道无法同时满足一致性、可用性和分区容错性这三个特性，那要舍弃哪个呢？

3.1. CA without P 如果不要求P（不允许分区），则C（强一致性）和A（可用性）是可以保证的。但其实分区不是你想不想的问题，而是始终会存在，因此CA的系统更多的是允许分区后各子系统依然保持CA。

3.2. CP without A 如果不要求A（可用），相当于每个请求都需要在Server之间强一致，而P（分区）会导致同步时间无限延长，如此CP也是可以保证的。很多传统的数据库分布式事务都属于这种模式。

3.3. AP wihtout C 要高可用并允许分区，则需放弃一致性。一旦分区发生，节点之间可能会失去联系，为了高可用，每个节点只能用本地数据提供服务，而这样会导致全局数据的不一致性。现在众多的NoSQL都属于此类。

3.小结

对于多数大型互联网应用的场景，主机众多、部署分散。而且现在的集群规模越来越大，所以节点故障、网络故障是常态。这种应用一般要保证服务可用性达到N个9，即保证P和A，只有舍弃C（退而求其次保证最终一致性）。虽然某些地方会影响客户体验，但没达到造成用户流程的严重程度。

对于涉及到钱财这样不能有一丝让步的场景，C必须保证。网络发生故障宁可停止服务，这是保证CA，舍弃P。貌似这几年国内银行业发生了不下10起事故，但影响面不大，报到也不多，广大群众知道的少。还有一种是保证CP，舍弃A，例如网络故障时只读不写。

孰优孰劣，没有定论，只能根据场景定夺，适合的才是最好的。

分布式理论(二) - BASE理论

前言 BASE理论是由eBay架构师提出的。BASE是对CAP中一致性和可用性权衡的结果，其来源于对大规模互联网分布式系统实践的总结，是基于CAP定律逐步演化而来。其核心思想是即使无法做到强一致性，但每个应用都可以根据自身业务特点，用适当的方式来使系统达到最终一致性。

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