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1.4 分布式架构设计难点

1.4.1 网络因素

由于服务和数据分别部署在不同的机器上,它们之间的交互通信会存在如下问题。

1)网络延迟。延迟是指在传输介质中传输所用的时间,如部署在同一个机房,网络I/O传输相对较快,但是很多公司为了增加系统的可用性,有多套机房(线上、线下),此时会面临跨机房、跨网络传输等情况。尤其是跨IDC,其网络I/O会存在不确定性,出现延迟、超时等情况,虽然可以通过换网卡解决宽带瓶颈,但不能从根本上解决物理延迟。由于这些现象会给整个设计带来整体性的难点,我们在做分布式架构设计的同时需要考虑这些要素,并且提供相关高效解决方案,从而规避此问题。

2)网络故障。若出现网络故障问题,可以先了解数据是以什么协议方式在网络中传输导致丢包、错乱,然后采用比较稳定的TCP网络协议进行传输。

1.4.2 服务可用性

为了保证服务器正常运行,可对服务器进行监控,如探针、心跳检测等,而这些仅仅是针对服务器的运行数据和日志分析。为了提高服务器服务的可用性,可进一步实施服务器负载均衡、主从切换、故障转移等。

探针监控是定时去请求访问服务器,需要通过请求回应来收集服务器状态。定时需设置在合理范围值内,太短会给服务器带来压力,太长会导致不能及时收集报错信息而错过最佳时机。基于以上情况,可以采用服务器集群化的方式,根据系统场景,设置合理探针请求频率,当发现异常时及时剔除替换。

【示例】 电商系统

电商系统分为(用户、商品、订单)模块,当用户模块中用户数量逐渐增多时,由于用户模块依赖商品、订单模块,潜移默化会给它们带来高额压力,所以需要监控并跟踪模块之间调用链路的状况,以及时发现并优化调用过程产生的问题,提供系统模块调用直观图,如图1-6所示。

图1-6 电商多模块调用直观结构图

图1-6体现了整个系统的调用链条,包括服务、数据、交互方式、请求频率以及错误率统计,其中,实线条代表运行正常,虚线条表示存在调用缓慢、异常等相关问题。通过上图可以看到应用内部调用服务存在缓慢处理的情况,同时通过数值可以直观看到服务较慢的数量,这些数值可以协助反馈目前系统的运行状态。通过反馈的问题点可以提前预知系统服务的瓶颈,从而优化处理。

系统运行健康变化趋势可以直观体现系统的吞吐量,如图1-7所示。

图1-7 电商多模块调用线性趋势图

从图1-7中可以看出,系统稳定运行占比高达84%,较慢的请求占用15%,这里的较慢指请求过程中由于其他原因导致的运行缓慢,如网络异常、超时等。重点需关注很慢、停滞的请求,这部分请求可反馈出系统应用层面的问题,需要进行特定优化。

1.4.3 数据一致性

由于数据架构需要提供多节点部署,不同节点之间通信存在数据差异,在很多场景下往往会产生脏数据、异常数据,让业务不能正常运转。数据一致性指关联数据之间的逻辑关系是否正确和完整。那么在分布式情况下如何让不同模块之间的数据保证完整性、一致性?

可以从系统构建层面考虑,采用分布式事务处理,牺牲一部分性能去保证数据一致性。

【示例】 电商系统

在购物平台看中一款商品,然后加入购物车,下单成功后生成订单,支付成功后扣除账户余额,然后通知仓库发货,生成物流轨迹。如果商品库存、订单、支付、仓库等应用模块独立部署,各模块之间通过远程调用,则正常流程是所有应用模块调用都正常返回。若出现异常,需要考虑以下场景。

1)商品库存数量已扣除,订单正常下单成功,由于网络异常等原因,提示用户“下单失败”,用户刷新页面后,显示一个“未支付订单”;

2)订单正常下单成功,用户支付成功后,由于网络异常等原因,提示用户“支付失败”,用于刷新页面后,显示“已支付成功”;

3)用户支付成功后,通知仓库发货,由于网络异常等原因,仓库系统未发货,无轨迹;

4)用户支付成功后,通知仓库发货,仓库可能没有货品,但商品数量已扣减,用户余额已扣除等。

系统拆分成多个应用模块后,往往会存在数据不一致性等问题,不同模块之间通过远程调用存在多种不确定因素,如调用过程中顺序不同,网络、宽带、超时等一系列问题,增加了系统复杂性。

假如把商品库存、订单、支付、仓库多个应用模块并行调用,也就是同时调用这些模块进行业务处理,由于同时调用不同模块存在延迟、网络异常等情况,需要设定合理的超时机制。并行执行过程中任意模块执行失败或者超时时,模块执行状态差异需要通过消息发布/订阅等模式,通知以上全部模块进行失败处理,相关模块收到消息后,进行幂等处理,进而执行失败处理。

注意

保证消息发布/订阅的可用性、可靠性,让业务模块都能正常接收消息。任意模块执行失败或者超时等情况出现时,由于涉及模块众多,业务复杂,应通知相关模块进行失败处理。 ZHuHs9Qnuk7dg7OMXBKhrJtfTYG220Kf1urr5YRAHzZoNorXzBuLK8XNOg/FTh+j

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