一图了解高可用、高性能和高扩展系统的常见实现方案

我们经常被要求设计高可用性、高可扩展性和高性能。上图包含了针对“三高”的常见解决方案。

高可用性

这意味着我们需要确保系统高水平的正常运行时间。我们经常将设计目标描述为“3个9”或“4个9”。“4个9”，即99.99%的正常运行时间，意味着服务每天只能停机8.64秒。

为了实现高可用性，我们需要在系统中增加冗余节点。

有以下几种方法可以做到这一点：

1、hot-hot结构：两个实例接收相同的输入并将输出发送到下游服务。如果其中一个实例停机，另一个实例可以立即接管。由于双方都向下游发送输出，下游系统需要进行重复数据删除。

2、hot-warm结构：两个实例接收相同的输入，只有hot实例将输出发送到下游服务。如果hot实例发生故障，warm实例将接管并开始向下游服务发送输出。

3、single-leader Cluster：一个leader实例从上游系统接收数据并复制到其他副本。

4、Leaderless cluster：在这种类型的集群中没有领导者。任何写入操作都会被复制到其他实例。只要写入实例的数量加上读取实例的数量大于实例的总数，我们就会得到有效数据。

高性能

这意味着服务需要在一段时间内处理大量请求。常用的指标是QPS（每秒查询数）或TPS（每秒事务数）。为了实现高性能，我们经常在架构中添加缓存，这样请求就可以在不命中数据库或磁盘等较慢的I/O设备的情况下返回。我们还可以增加计算密集型任务的线程数量。然而，添加太多线程可能会降低性能。最后，我们需要识别系统中的瓶颈并提高其性能。使用异步处理通常可以有效地隔离繁重的组件。

高可扩展性

这意味着系统可以快速轻松地扩展以容纳更多容量（横向可扩展性）或更多功能（纵向可扩展性）。通常，我们会观察响应时间以决定是否需要扩展系统。为了实现高可扩展性，重要的是将服务的职责分离。为此，微服务被广泛采用。我们还利用服务注册表和负载均衡器将请求路由到适当的实例。