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高可用指标与问题
高可用，英文单词 High Availability，缩写 HA，它是分布式系统架构设计中一个重要的度量。业界通常用多个 9 来掂量零碎的可用性，如下表：
既然有可用率，有肯定会存在不可用的状况。零碎宕机个别分为有打算的和无打算的，有打算的如日常保护、系统升级等，无打算的如设施故障、突发断电等。咱们对此作如下分类：
1. 设施故障：机房断电、硬盘损坏、交换机故障。
2. 网络故障：网络带宽拥挤、网络连接中断。
3. 平安问题：利用系统漏洞进行网络攻击。
4. 性能问题：CPU 利用率太高、内存不足、磁盘 IO 过载、数据库慢 SQL。
5. 降级保护：因为业务变更或技术改良而引起的系统升级。
6. 零碎问题：分布式系统中存在服务的依赖而导致数据的不一致性，或是外围服务出现异常。
高可用次要伎俩
负载平衡
负载平衡（Load Balance），它将工作工作散发到多个工作单元上进行运行，它能够进步网络设备的带宽，晋升网络数据处理能力，加强网络的稳定性。可避免机房断电、网络设备故障等问题。
负载平衡的实现可分为硬件负载与软件负载。硬件负载由专门的设施实现专门的工作，这种形式性能较高同时老本也高；软件负载通过软件代码实现，此种形式消耗操作系统资源，性能较低，容易呈现 BUG，也容易引起平安问题。
负载策略个别有轮询策略、随机策略、最小连贯策略以及最短响应工夫策略。
轮询策略：讲用户申请轮流调配给服务器，这种算法比较简单。
随机策略：随机抉择一台服务器来执行工作。
最小连贯策略：把申请调配给流动连接数最小的后端服务器。
最短响应工夫策略：将申请调配给均匀响应工夫最短的服务器。
限流
限流就是防止服务过载，随着流量的进步，无论负载策略如何高效，零碎的某个环节总会过载。就如木桶能装多少水取决于最短的那块木板，咱们是无奈保证系统的每个局部都放弃同样的高吞吐量，因而要思考如何优雅地提供有损服务。
罕用的三种限流算法：计数器算法、滑动窗口算法、漏桶算法、令牌桶算法。
计数器算法：应用计数器在肯定周期内累加某个接口的拜访次数，当达到限流阈值时，触发限流策略，进入下一个周期后，从新开始计数。此算法较为简单，但会升高服务器的负载能力。
滑动窗口算法：将工夫周期划分成更小的周期，按小周期来进行计数，依据工夫滑动删除过期的小周期。这种算法使得周期划分得越小服务器的负载能力越高。
漏桶算法：将申请间接放入漏桶中，如果以后访问量超出漏桶的限流值，则把起初的申请予以抛弃，这样能够最大限度地进步服务器的负载能力。
令牌桶算法：以（工夫周期 / 限流值）的速度向令牌桶里减少令牌，直到装满桶的容量，当申请达到时，调配一个令牌让其通过，如果没有获取到令牌则触发限流机制。
### 异步调用
异步调用个别有两种形式：一种是异步回调，一种是音讯队列。音讯队列形式也算是限流的一种伎俩，能够让申请一个一个地被解决，防止并发太高而引起的利用无奈及时处理。这种形式绝对与限流来讲，是一种无损的解决方案。但这种计划仅实用于非实时响应的业务。
### 超时重试与幂等设计
很多文章把超时重试与幂等设计离开来探讨，但我却认为它们是相辅相成，密切相关的。在设计超时重试时，肯定要思考幂等设计
超时重试机制：因为服务器宕机、网络延时、服务器线程死锁等起因，导致应用程序无奈先限定工夫内对服务调用方进行响应。因而当产生调用超时后，应用程序可依据调度策略进行重试。被调用的服务没有及时响应，可能会存在两种状况，一是服务外部产生异样，导致执行失败，没有返回任何音讯；一是执行的服务耗时太长，没有及时响应，但理论曾经执行胜利。所以针对第二种状况要做幂等设计。
幂等设计：屡次雷同参数的申请对系统造成的作业都是雷同的。常见的幂等计划有：MCVV 多版本并发、惟一索引、token 机制、乐观锁、状态机幂等、只读操作等。
降级与熔断
服务降级与服务熔断都是为了解决服务雪崩的问题，但不要把他们一概而论，它们是有本质区别的。
降级是对系统的某个性能进行降级，能够只提供局部性能也能够齐全进行该性能。降级个别由开关来进行管制，在不重启服务的状况下，对性能进行降级。它经常产生在高并发时段、机器卡顿、上游不太重要的服务异样等状况下。
熔断没有开关，它是一个框架级的设计，经常被称作断路器。它的次要作用是，当上游的服务因为某种原因变得不可用或服务不及时，为了保障整体服务的可用性，不再调用指标服务，间接返回默认解决或容错解决，从而使得整体服务能够疾速响应。例如 SpringCloud 中的 Hystrix。
降级与熔断的次要区别是手动与主动。降级次要是通过配置核心的热刷新性能，人为地对开关进行关上与敞开操作。而熔断则是依据当时设计好的策略，零碎主动地依据策略来进行开关操作。但它们都是对性能进行敞开。
架构模式
主备模式
理论是一主多备，master 负责提供读写服务，slave 作为数据备份，一旦主机宕机，将其中一个备节点作为主节点。
主从复制
理论是一主多从，master 对外提供读写服务，slave 作为数据备份提供只读服务。主机定期复制数据给从机。多正本的关键问题是保证数据一致性，通常须要思考数据同步延时的问题。
集群分片
集群分片是为了解决每台机器上存储全量数据的问题，面对大数据单机的存储量总是有下限的，当面对 PB 级数据时，单机是无奈撑持的，因而就须要对数据进行分片。
异地多活
异地就是指在地理位置上不同的中央，可分为同城异地、跨城异地、跨国异地，多活就是指不同地理位置上的零碎都可能提供服务。这种架构的复杂度较高，且部署老本也会进步。
设计准则：
1、只把外围业务设计为异地多活，比方流量大、盈利高的业务
2、保障外围数据的一致性与实时性，且可失落、可复原
3、可采纳多种数据同步的计划，比方存储系统同步、音讯队列同步
4、异地多活仅实用于大部分用户，以地区来论，笼罩次要城区
总结
在互联网架构设计中，高可用是必不可少的环节，要从网络架构、服务架构、数据架构以及软硬件架构等多方面来剖析设计，是架构师必备的技能之一。
作者：京东批发 谷伟
起源：京东云开发者社区