本文從以下2個方向蛀序，對互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)演化進(jìn)行了一個綜述：
1.大型互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)目前面臨的挑戰(zhàn)及其解決思路
2.大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)演化過程堪置，包含了所有的現(xiàn)在主要的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的考量點吞获、技術(shù)方案琐鲁、要解決的問題等。
建議用10min閱讀，可以了解互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的全貌唱歧。
一、架構(gòu)演進(jìn)面臨的挑戰(zhàn)及解決思路
互聯(lián)網(wǎng)主要面對的技術(shù)挑戰(zhàn)粒竖，用一句話概括：就是用戶不斷上升產(chǎn)生的并發(fā)訪問壓力以及數(shù)據(jù)存儲壓力颅崩，所以系統(tǒng)需要更強的處理能力才能解決這些問題。
而系統(tǒng)處理能力提升温圆，主要有兩種途徑：
1.垂直伸縮：
提升單臺服務(wù)器的處理能力挨摸，比如用更快頻率的cpu，用更多核的cpu岁歉，用更大的內(nèi)存得运，用更快的網(wǎng)卡，用更多的磁盤組成一臺服務(wù)器锅移，使單臺服務(wù)器的處理能力得到提升熔掺，通過這種手段提升系統(tǒng)的處理能力。
缺點如下：
a.當(dāng)垂直伸縮達(dá)到一定程度以后非剃，繼續(xù)增加計算需要花費更多的錢置逻。
b.垂直伸縮是有物理極限的，即使是大型機备绽，也有自己的物理極限券坞，它不可能無限地伸縮下去的。
c.操作系統(tǒng)的設(shè)計或者應(yīng)用程序的設(shè)計制約著垂直伸縮肺素，最多只能達(dá)到一個點無法繼續(xù)提高恨锚。
在大型互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的軟件倍靡，比如銀行猴伶、電信這些企業(yè)的軟件系統(tǒng)，主要是使用垂直伸縮這種手段實現(xiàn)系統(tǒng)能力提升的，在服務(wù)器上增強他挎，提升服務(wù)器的硬件水平筝尾。當(dāng)某種類型的服務(wù)器能力提升到了瓶頸以后，就會用更強大的服務(wù)器办桨，比如說從服務(wù)器升級到小型機筹淫，從小型機提升到中型機，從中型機提升到大型機呢撞，服務(wù)器越來越強大贸街，處理能力越來越強大，當(dāng)然價格也越來越昂貴狸相，運維越來越復(fù)雜。
2.水平伸縮：
單機的處理能力并不提升捐川，也不使用更昂貴的更快的更厲害的硬件脓鹃，而是通過更多的服務(wù)器，將這些服務(wù)器構(gòu)成一個分布式集群古沥，通過這個集群瘸右，統(tǒng)一對外提供服務(wù)，以此來提高系統(tǒng)整體的處理能力岩齿。
水平伸縮優(yōu)點：
a.只要架構(gòu)合理太颤，能夠添加服務(wù)器到集群中，你的系統(tǒng)就是永遠(yuǎn)可以正常運行盹沈。
b.它沒有極限龄章，它的成本也不會說到了某個臨界點就突然增加。而且逐漸的增加服務(wù)器乞封，獲得相同的計算處理能力做裙，只會比以前的服務(wù)器更便宜，不會更貴肃晚，因為硬件的價格總是在不斷地下降的锚贱。
c.應(yīng)用程序運行在一個服務(wù)器上，是為單一服務(wù)器而設(shè)計的关串，而增加服務(wù)器的話只是讓程序部署在更多的服務(wù)器上拧廊，所以也不需要對應(yīng)用程序進(jìn)行太多的改變，應(yīng)用程序不會受到硬件制約晋修。
在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中多采用水平伸縮的手段吧碾。
二、大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)演化過程
要讓更多的服務(wù)器構(gòu)成一個整體飞蚓，需要在架構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計滤港，讓這些服務(wù)器成為整體系統(tǒng)中的一個部分，有效地組織起來，統(tǒng)一提升系統(tǒng)的處理能力溅漾。
以下將通過大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的演進(jìn)過程山叮，來詳細(xì)理解如何通過以上兩種伸縮方式逐步提升系統(tǒng)處理能力的。
這個過程對外看起來是一個業(yè)務(wù)演進(jìn)過程添履，也就是用戶量不斷增長的一個過程屁倔。
實際上大型互聯(lián)網(wǎng)整個的技術(shù)驅(qū)動就是因為用戶量不斷地在增加，數(shù)據(jù)量不斷增加暮胧，導(dǎo)致并發(fā)訪問壓力持續(xù)增大锐借，產(chǎn)生了一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn)往衷，要不斷地增強系統(tǒng)的技術(shù)處理能力钞翔，優(yōu)化系統(tǒng)的架構(gòu)。
最早的時候是單機系統(tǒng)席舍，這時候可以滿足少量用戶的使用布轿；
隨著數(shù)據(jù)量提升，需要進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫分離来颤，這個時候可以滿足萬級用戶的使用汰扭；
再然后需要通過分布式緩存和服務(wù)器集群提升系統(tǒng)性能，這時候可以滿足10萬級的用戶福铅，之后需要進(jìn)行反向代理萝毛，CDN加速還需要數(shù)據(jù)庫讀寫分離，以滿足百萬用戶級的訪問滑黔；
隨著數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長笆包，使用分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以滿足千萬級用戶的訪問略荡；
最后使用搜索引擎色查、NoSQL、消息隊列撞芍、分布式服務(wù)等更復(fù)雜的技術(shù)方案秧了，以滿足億級用戶的訪問。
1.單機系統(tǒng)
在最早的時候序无，系統(tǒng)因為用戶量比較少验毡，可能只是有限的幾個用戶，這個階段系統(tǒng)主要是用來驗證技術(shù)以及業(yè)務(wù)模式是否可行的帝嗡，系統(tǒng)也不需要太復(fù)雜晶通，有限的幾個主要功能。
開發(fā)完應(yīng)用程序以后哟玷，部署在應(yīng)用服務(wù)器上狮辽，一個應(yīng)用訪問自己服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫一也，訪問自己服務(wù)器的文件系統(tǒng)，構(gòu)成了一個單機系統(tǒng)喉脖，這個系統(tǒng)就可以滿足少量用戶使用了椰苟。
如果這個系統(tǒng)被證明是可行的，是有價值的树叽，好用的舆蝴，如Google 最早就是部署在斯坦福的實驗室里面，給實驗室的同學(xué)和老師使用的题诵。這些同學(xué)和老師使用后發(fā)現(xiàn)Google的搜索引擎比以前的搜索引擎（比如像Yahoo這樣的搜索引擎）要好用的多洁仗，很快這個消息就擴散出去了。整個斯坦福大學(xué)的老師同學(xué)可能都過來訪問這個服務(wù)器性锭。這個時候服務(wù)器就不能夠承受訪問壓力了赠潦，需要進(jìn)行第一次升級，數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用分離草冈。
2祭椰、數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序分離
前面單機的時候，數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序是部署在一起的疲陕。
進(jìn)行第一次分離的時候，應(yīng)用程序钉赁、數(shù)據(jù)庫蹄殃、文件系統(tǒng)分別部署在不同的服務(wù)器上，從1臺服務(wù)器變成了3臺服務(wù)器你踩，那么相應(yīng)的處理能力就提升了3倍诅岩。
這種分離幾乎是不需要花什么技術(shù)成本的，只需要把數(shù)據(jù)庫文件系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程部署带膜，進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問就可以了吩谦，這個時候的處理能力提升了3倍。
3膝藕、使用緩存改善性能
隨著用戶進(jìn)一步的增加式廷，更多的用戶過來訪，3臺服務(wù)器也不能夠承受這樣的壓力了芭挽，那么就需要使用緩存改善性能滑废。
緩存主要有分布式緩存和本地緩存兩種。
分布式緩存可以構(gòu)成一個集群袜爪，存儲更多的緩存數(shù)據(jù)蠕趁，通過使用緩存一則應(yīng)用程序不需要去訪問數(shù)據(jù)庫，因為數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是存在磁盤上的辛馆，訪問數(shù)據(jù)庫需要花費更多的時間俺陋，而緩存中的數(shù)據(jù)只是存儲在內(nèi)存中的，訪問時間更短。
另一方面腊状，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是以原始數(shù)據(jù)的形式存在的诱咏，而緩存中的數(shù)據(jù)通常是以結(jié)果形式存在，如果說已經(jīng)構(gòu)建成某個對象寿酌，緩存的就是這個對象胰苏，不需要進(jìn)行對象的計算，這樣就減少了計算的時間醇疼，同時也減少了CPU的壓力硕并。
這樣不管是對計算資源的節(jié)約，還是對訪問時間的節(jié)約秧荆，都會得到比較大的提升倔毙。通過使用緩存可以極大的改善性能。
4乙濒、應(yīng)用服務(wù)集群化
雖然通過數(shù)據(jù)庫分離和使用緩存陕赃，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)時間，減少了系統(tǒng)的計算壓力颁股，但是隨著用戶的進(jìn)一步增加么库，應(yīng)用服務(wù)器可能會成為瓶頸，一臺應(yīng)用服務(wù)器連接大量的并發(fā)用戶的訪問可能會成為一個瓶頸點甘有，這時候就需要對應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行升級诉儒。
解決辦法就是通過負(fù)載均衡服務(wù)器，將應(yīng)用服務(wù)器部署為一個集群亏掀，添加更多的應(yīng)用服務(wù)去處理用戶的訪問忱反。
5、數(shù)據(jù)庫讀寫分離
雖然通過負(fù)載均衡可以不斷的添加應(yīng)用服務(wù)器滤愕，為更多的用戶提供系統(tǒng)訪問服務(wù)温算。但是這個時候數(shù)據(jù)庫會再一次成為整個系統(tǒng)的瓶頸點。
因為大量的用戶過來訪問间影，他們的主要操作都需要落在數(shù)據(jù)庫上注竿。雖然緩存可以緩存一部分的數(shù)據(jù)庫讀操作，但是還是有一部分讀操作在緩存中找不到魂贬，還需要訪問數(shù)據(jù)庫蔓搞，而且所有的寫操作幾乎都要訪問數(shù)據(jù)庫，這時候數(shù)據(jù)庫就會成為瓶頸随橘。
單一的數(shù)據(jù)庫不能夠承受這么大的訪問壓力喂分。
這時候的解決辦法就是數(shù)據(jù)庫的讀寫分離，將一個數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)復(fù)制的方式机蔗，分裂為兩個數(shù)據(jù)庫蒲祈，主數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的寫操作甘萧，所有的寫操作都復(fù)制到從數(shù)據(jù)庫上，保證從數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致梆掸，而從數(shù)據(jù)庫主要提供數(shù)據(jù)的讀操作扬卷。
通過這樣一種手段，將一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器水平伸縮成兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器酸钦，可以提供更強大的數(shù)據(jù)處理能力怪得。
6、使用反向代理和CDN加速相應(yīng)
在對數(shù)據(jù)庫做讀寫分離以后卑硫，要想更進(jìn)一步增加系統(tǒng)的處理能力徒恋，需要使用反向代理和CDN加速。
所謂的CDN是指距離用戶最近的一個服務(wù)器欢伏，當(dāng)訪問一個互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的時候入挣，我們的訪問請求并不是直接到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)中心的，而是通過運營服務(wù)商進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的硝拧。
那么在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的時候径筏，最好已經(jīng)有我們想要訪問的數(shù)據(jù)了，這樣就不需要訪問互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心了障陶。這個服務(wù)就叫做CDN服務(wù)滋恬，CDN服務(wù)就是部署在網(wǎng)絡(luò)運營商機房里的離用戶最近的一個服務(wù)器，用戶請求先到這里查詢有沒有用戶需要的數(shù)據(jù)抱究，如果有恢氯，就從CDN直接返回，如果沒有媳维，再通過CDN進(jìn)一步訪問網(wǎng)站的數(shù)據(jù)中心，得到數(shù)據(jù)后再緩存到CDN供其他用戶訪問或下一次訪問遏暴，所以CDN的本質(zhì)還是一個緩存侄刽。
用戶請求到達(dá)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)中心后，也不是直接請求應(yīng)用服務(wù)器朋凉，依然是查找一次緩存州丹，這個緩存叫做反向代理服務(wù)器。
反向代理服務(wù)器是指通過反向代理的方式代理整個網(wǎng)站的請求服務(wù)杂彭，先在反向代理服務(wù)器中查找是否有用戶請求的數(shù)據(jù)墓毒，如果有，就從反向代理服務(wù)器直接返回亲怠，如果沒有所计，再去請求應(yīng)用服務(wù)器。通過這樣的CDN和反向代理兩級緩存团秽，可以返回絕大部分用戶請求的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主胧，極大地減少應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載壓力叭首，提升服務(wù)器數(shù)據(jù)中心的處理能力，響應(yīng)更多的用戶并發(fā)處理請求踪栋。
7焙格、使用分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
更進(jìn)一步思考，雖然CDN和反向代理已經(jīng)緩存了大量的用戶數(shù)據(jù)夷都，返回了大量的用戶請求眷唉，但是隨著用戶量的增加，還是有很多的用戶請求會到達(dá)數(shù)據(jù)中心囤官。
這個時候文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)依然會成為瓶頸點冬阳。問題變成如何解決這個瓶頸點？
解決方案主要是分布式的文件系統(tǒng)和分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)治拿。
所謂的分布式文件系統(tǒng)就是通過一組服務(wù)器集群統(tǒng)一對外提供文件服務(wù)摩泪。比如說像淘寶的商品圖片服務(wù)以及Facebook這樣的相冊服務(wù)每天都有大量的用戶上傳大量的圖片，那么如何管理這些海量的文件圖片劫谅，就要使用一個分布式的文件服務(wù)器系統(tǒng)见坑。
隨著數(shù)據(jù)量逐漸增加，前面的主從數(shù)據(jù)庫也不能夠承受這么大的訪問壓力和存儲容量要求捏检，那么需要對數(shù)據(jù)庫做進(jìn)一步水平伸縮荞驴，這個時候就使用分布式的數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)分片的方式贯城，將一張表的數(shù)據(jù)分布在多個物理服務(wù)器上熊楼，以減少單一數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器訪問壓力。通過這樣的手段可以進(jìn)一步的提升系統(tǒng)的處理能力能犯。
8鲫骗、使用消息隊列與分布式服務(wù)
最后，隨著用戶量進(jìn)一步增加踩晶，要想實現(xiàn)更強大計算處理能力执泰，可以使用的技術(shù)手段有分布式消息隊列服務(wù)、搜索引擎和nosql渡蜻，以及通過分布式服務(wù)术吝，將可復(fù)用的業(yè)務(wù)分離開來，部署在不同的服務(wù)器集群上茸苇。
用戶量增加排苍，除了意味著用戶對系統(tǒng)的訪問壓力增加，還伴隨著業(yè)務(wù)復(fù)雜度增加学密。使用分布式消息隊列和分布式的服務(wù)淘衙，主要要解決的就是業(yè)務(wù)的增加時系統(tǒng)的復(fù)雜度問題。隨著業(yè)務(wù)的增加腻暮，很多的業(yè)務(wù)都有一些重復(fù)的服務(wù)功能需要復(fù)用幔翰，這時候使用分布式的服務(wù)去解決服務(wù)的復(fù)用問題漩氨。
而不同的服務(wù)之間不同的應(yīng)用之間，它們的耦合關(guān)系會使得系統(tǒng)更加復(fù)雜遗增，這時候使用分布式消息隊列服務(wù)叫惊，將不同的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行解耦，使它們之間的關(guān)系變得低耦合做修，通過消息進(jìn)行連接霍狰，而不是服務(wù)調(diào)用的方式或者應(yīng)用調(diào)用的方式進(jìn)行連接，使服務(wù)變得更加的簡單饰及，使系統(tǒng)的處理能力和擴容能力變得更加的強大蔗坯。
本文總結(jié)
首先，大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)主要包括：高并發(fā)和大流量的請求燎含、高可用的挑戰(zhàn)宾濒、海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)情況復(fù)雜安全性差屏箍，以及需求快速變更發(fā)布頻繁這樣的挑戰(zhàn)绘梦。
為了應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)，需要提升系統(tǒng)的處理能力赴魁。
處理能力提升有兩種手段卸奉，一種是垂直伸縮，一種是水平伸縮颖御。
垂直伸縮有自身的局限性榄棵，所以在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中主要使用的手段是水平伸縮。水平伸縮的原理就是不斷地增加服務(wù)器以提高系統(tǒng)的處理能力潘拱。而如何添加新服務(wù)器疹鳄，使新的服務(wù)器和原有的服務(wù)器構(gòu)成一個完整的整體對外提供服務(wù)，就是互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)和技術(shù)內(nèi)容芦岂。
在應(yīng)對挑戰(zhàn)的過程中瘪弓，互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)主要的應(yīng)對方法，就是從單機系統(tǒng)到分布式系統(tǒng)盔腔，通過服務(wù)器拆分的方式杠茬，從單機系統(tǒng)一個服務(wù)器變成很多個服務(wù)器月褥，是整個的發(fā)展思路以及發(fā)展過程弛随。
其中最主要的發(fā)展階段包括：
使用分布式的緩存，提高系統(tǒng)的訪問特性宁赤，減少數(shù)據(jù)存儲的壓力舀透；
使用負(fù)載均衡，提供更多的應(yīng)用服務(wù)器提高系統(tǒng)計算處理能力决左；
使用分布式存儲愕够，提供更多的服務(wù)器走贪，分?jǐn)倲?shù)據(jù)的讀寫壓力；
以及使用微服務(wù)與異步架構(gòu)惑芭，使系統(tǒng)變得更加低耦合坠狡，使應(yīng)用業(yè)務(wù)變得更加可復(fù)用，通過這種手段支撐更強大的業(yè)務(wù)處理能力遂跟，從而支撐起一個大型網(wǎng)站系統(tǒng)架構(gòu)逃沿。
以上內(nèi)容摘取自拉勾
《阿里前輩的架構(gòu)經(jīng)》?（點藍(lán)字查看更多）
第01講（從0到億級用戶的架構(gòu)演進(jìn)）
主講人：李智慧，前阿里巴巴技術(shù)專家
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