當(dāng)一個(gè)Web系統(tǒng)從日訪問量10萬逐步增長到1000萬，甚至超過1億的過程中，Web系統(tǒng)承受的壓力會(huì)越來越大，在這個(gè)過程中，我們會(huì)遇到很多的問題。為了解決這些性能壓力帶來問題，我們需要通過搭建不同的服務(wù)和架構(gòu)來解決。
當(dāng)單機(jī)容量達(dá)到極限時(shí)，我們需要考慮業(yè)務(wù)拆分和分布式部署，來解決大型網(wǎng)站訪問量大，并發(fā)量高，海量數(shù)據(jù)的問題。從單機(jī)到分布式，很重要的區(qū)別是業(yè)務(wù)拆分和分布式部署，將應(yīng)用拆分后，部署到不同的機(jī)器上，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式系統(tǒng)。分布式和業(yè)務(wù)拆分解決了，從集中到分布的問題，但是每個(gè)部署的獨(dú)立業(yè)務(wù)還存在單點(diǎn)的問題和訪問統(tǒng)一入口問題，為解決單點(diǎn)故障，我們可以采取冗余的方式。將相同的應(yīng)用部署到多臺(tái)機(jī)器上。解決訪問統(tǒng)一入口問題，我們可以在集群前面增加負(fù)載均衡設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流量分發(fā)。
Web負(fù)載均衡（Load Balancing），簡單地說就是將負(fù)載（工作任務(wù)，訪問請(qǐng)求）進(jìn)行平衡、分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)操作單元（服務(wù)器，組件）上進(jìn)行執(zhí)行。對(duì)于保護(hù)處于后端的Web服務(wù)器來說，非常重要，是解決高性能，單點(diǎn)故障（高可用），擴(kuò)展性（水平伸縮）的終極解決方案。
負(fù)載均衡的策略有很多，我們從簡單的講起哈。
當(dāng)用戶發(fā)來請(qǐng)求的時(shí)候，Web服務(wù)器通過修改HTTP響應(yīng)頭中的Location標(biāo)記來返回一個(gè)新的url，然后瀏覽器再繼續(xù)請(qǐng)求這個(gè)新url，實(shí)際上就是頁面重定向。通過重定向，來達(dá)到“負(fù)載均衡”的目標(biāo)。例如，我們?cè)谙螺dPHP源碼包的時(shí)候，點(diǎn)擊下載鏈接時(shí)，為了解決不同國家和地域下載速度的問題，它會(huì)返回一個(gè)離我們近的下載地址。重定向的HTTP返回碼是302，如下圖：
如果使用PHP代碼來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，方式如下：
這個(gè)重定向非常容易實(shí)現(xiàn)，并且可以自定義各種策略。但是，它在大規(guī)模訪問量下，性能不佳。而且，給用戶的體驗(yàn)也不好，實(shí)際請(qǐng)求發(fā)生重定向，增加了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。
反向代理服務(wù)的核心工作主要是轉(zhuǎn)發(fā)HTTP請(qǐng)求，扮演了瀏覽器端和后臺(tái)Web服務(wù)器中轉(zhuǎn)的角色。因?yàn)樗ぷ髟贖TTP層（應(yīng)用層），也就是網(wǎng)絡(luò)七層結(jié)構(gòu)中的第七層，因此也被稱為“七層負(fù)載均衡”?？梢宰龇聪虼淼能浖芏?，比較常見的一種是Nginx。
Nginx是一種非常靈活的反向代理軟件，可以自由定制化轉(zhuǎn)發(fā)策略，分配服務(wù)器流量的權(quán)重等。反向代理中，常見的一個(gè)問題，就是Web服務(wù)器存儲(chǔ)的session數(shù)據(jù)，因?yàn)橐话阖?fù)載均衡的策略都是隨機(jī)分配請(qǐng)求的。同一個(gè)登錄用戶的請(qǐng)求，無法保證一定分配到相同的Web機(jī)器上，會(huì)導(dǎo)致無法找到session的問題。
解決方案主要有兩種：
1、配置反向代理的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，讓同一個(gè)用戶的請(qǐng)求一定落到同一臺(tái)機(jī)器上（通過分析cookie），復(fù)雜的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則將會(huì)消耗更多的CPU，也增加了代理服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。
2、將session這類的信息，專門用某個(gè)獨(dú)立服務(wù)來存儲(chǔ)，例如redis/memchache，這個(gè)方案是比較推薦的。
反向代理服務(wù)，也是可以開啟緩存的，如果開啟了，會(huì)增加反向代理的負(fù)擔(dān)，需要謹(jǐn)慎使用。這種負(fù)載均衡策略實(shí)現(xiàn)和部署非常簡單，而且性能表現(xiàn)也比較好。但是，它有“單點(diǎn)故障”的問題，如果掛了，會(huì)帶來很多的麻煩。而且，到了后期Web服務(wù)器繼續(xù)增加，它本身可能成為系統(tǒng)的瓶頸。
IP負(fù)載均衡服務(wù)是工作在網(wǎng)絡(luò)層（修改IP）和傳輸層（修改端口，第四層），比起工作在應(yīng)用層（第七層）性能要高出非常多。原理是，他是對(duì)IP層的數(shù)據(jù)包的IP地址和端口信息進(jìn)行修改，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。這種方式，也被稱為“四層負(fù)載均衡”。常見的負(fù)載均衡方式，是LVS（Linux Virtual Server，Linux虛擬服務(wù)），通過IPVS（IP Virtual Server，IP虛擬服務(wù)）來實(shí)現(xiàn)。
在負(fù)載均衡服務(wù)器收到客戶端的IP包的時(shí)候，會(huì)修改IP包的目標(biāo)IP地址或端口，然后原封不動(dòng)地投遞到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包會(huì)流入到實(shí)際Web服務(wù)器。實(shí)際服務(wù)器處理完成后，又會(huì)將數(shù)據(jù)包投遞回給負(fù)載均衡服務(wù)器，它再修改目標(biāo)IP地址為用戶IP地址，最終回到客戶端。
上述的方式叫LVS-NAT，除此之外，還有LVS-RD（直接路由），LVS-TUN（IP隧道），三者之間都屬于LVS的方式，但是有一定的區(qū)別，篇幅問題，不贅敘。
IP負(fù)載均衡的性能要高出Nginx的反向代理很多，它只處理到傳輸層為止的數(shù)據(jù)包，并不做進(jìn)一步的組包，然后直接轉(zhuǎn)發(fā)給實(shí)際服務(wù)器。不過，它的配置和搭建比較復(fù)雜。
DNS（Domain Name System）負(fù)責(zé)域名解析的服務(wù)，域名url實(shí)際上是服務(wù)器的別名，實(shí)際映射是一個(gè)IP地址，解析過程，就是DNS完成域名到IP的映射。而一個(gè)域名是可以配置成對(duì)應(yīng)多個(gè)IP的。因此，DNS也就可以作為負(fù)載均衡服務(wù)。
這種負(fù)載均衡策略，配置簡單，性能極佳。但是，不能自由定義規(guī)則，而且，變更被映射的IP或者機(jī)器故障時(shí)很麻煩，還存在DNS生效延遲的問題。
我們常用的CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)方式，其實(shí)就是在同一個(gè)域名映射為多IP的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，通過GSLB（Global Server Load Balance，全局負(fù)載均衡）按照指定規(guī)則映射域名的IP。一般情況下都是按照地理位置，將離用戶近的IP返回給用戶，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸中的路由節(jié)點(diǎn)之間的跳躍消耗。
圖中的“向上尋找”，實(shí)際過程是LDNS（Local DNS）先向根域名服務(wù)（Root Name Server）獲取到頂級(jí)根的Name Server（例如.com的），然后得到指定域名的授權(quán)DNS，然后再獲得實(shí)際服務(wù)器IP。
CDN在Web系統(tǒng)中，一般情況下是用來解決大小較大的靜態(tài)資源（html/Js/Css/圖片等）的加載問題，讓這些比較依賴網(wǎng)絡(luò)下載的內(nèi)容，盡可能離用戶更近，提升用戶體驗(yàn)。
例如，我訪問了一張imgcache.gtimg.cn上的圖片（騰訊的自建CDN，不使用qq.com域名的原因是防止http請(qǐng)求的時(shí)候，帶上了多余的cookie信息），我獲得的IP是183.60.217.90。
這種方式，和前面的DNS負(fù)載均衡一樣，不僅性能極佳，而且支持配置多種策略。但是，搭建和維護(hù)成本非常高。互聯(lián)網(wǎng)一線公司，會(huì)自建CDN服務(wù)，中小型公司一般使用第三方提供的CDN。
負(fù)載均衡就總結(jié)到這，下篇會(huì)總結(jié)web系統(tǒng)緩存機(jī)制的建立和優(yōu)化。
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