本文主要是介绍高并发系统设计——系统架构的拆分，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

摘要

现在，你的系统运行稳定，好评不断，每天高峰期的流量，已经达到了 10000/s 请求，DAU 也涨到了几十万。CEO 非常高兴，打算继续完善产品功能，以便进行新一轮的运营推广，争取在下个双十一可以将 DAU 冲击过百万。这时，你开始考虑，怎么通过技术上的优化改造，来支撑更高的并发流量，比如支撑过百万的 DAU。于是，你重新审视了自己的系统架构，分析系统中有哪些可以优化的点。

目前来看，工程的部署方式还是采用一体化架构，也就是说所有的功能模块，比方说电商系统中的订单模块、用户模块、支付模块、物流模块等等，都被打包到一个大的 Web 工程中，然后部署在应用服务器上。你隐约觉得这样的部署方式可能存在问题，于是，你 Google 了一下，发现当系统发展到一定阶段，都要做微服务化的拆分，你也看到淘宝的“五彩石”项目，对于淘宝整体架构的扩展性，带来的巨大影响。这一切让你心驰神往。但是有一个问题一直萦绕在你的心里：究竟是什么促使我们将一体化架构，拆分成微服务化架构？是不是说系统的整体 QPS 到了 1 万，或者到了 2 万，就一定要做微服务化拆分呢？

一、一体化架构的技术选型

在系统开发的初期，这种架构确实给你的开发运维，带来了很大的便捷，主要体现在：

• 开发简单直接，代码和项目集中式管理；
• 只需要维护一个工程，节省维护系统运行的人力成本；
• 排查问题的时候，只需要排查这个应用进程就可以了，目标性强。

但随着功能越来越复杂，开发团队规模越来越大，你慢慢感受到了一体化架构的一些缺陷，这主要体现在以下几个方面。

1.1 在技术层面上，数据库连接数可能成为系统的瓶颈。

数据库的连接是比较重的一类资源，不仅连接过程比较耗时，而且连接 MySQL 的客户端数量有限制，最多可以设置为 16384（在实际的项目中，可以依据实际业务来调整）。这个数字看着很大，但是因为你的系统是按照一体化架构部署的，在部署结构上没有分层，应用服务器直接连接数据库，那么当前端请求量增加，部署的应用服务器扩容，数据库的连接数也会大增，给你举个例子。

我之前维护的一个系统中，数据库的最大连接数设置为 8000，应用服务器部署在虚拟机上，数量大概是 50 个，每个服务器会和数据库建立 30 个连接，但是数据库的连接数，却远远大于 30 * 50 = 1500。因为你不仅要支撑来自客户端的外网流量，还要部署单独的应用服务，支撑来自其它部门的内网调用，也要部署队列处理机，处理来自消息队列的消息，这些服务也都是与数据库直接连接的，林林总总加起来，在高峰期的时候，数据库的连接数要接近 3400。所以，一旦遇到一些大的运营推广活动，服务器就要扩容，数据库连接数也随之增加，基本上就会处在最大连接数的边缘。这就像一颗定时炸弹，随时都会影响服务的稳定。

1.2 一体化架构增加了研发的成本，抑制了研发效率的提升。

比方说，你的垂直电商系统团队就会被拆分为用户组、订单组、支付组、商品组等等。当如此多的小团队共同维护一套代码，和一个系统时，在配合时就会出现问题。不同的团队之间沟通少，假如一个团队需要一个发送短信的功能，那么有的研发同学会认为最快的方式，不是询问其他团队是否有现成的，而是自己写一套，但是这种想法是不合适的，这样一来就会造成功能服务的重复开发。由于代码部署在一起，每个人都向同一个代码库提交代码，代码冲突无法避免；同时，功能之间耦合严重，可能你只是更改了很小的逻辑，却导致其它功能不可用，从而在测试时需要对整体功能回归，延长了交付时间。模块之间互相依赖，一个小团队中的成员犯了一个错误，就可能会影响到，其它团队维护的服务，对于整体系统稳定性影响很大。

1.3 一体化架构对于系统的运维也会有很大的影响。

想象一下，在项目初期，你的代码可能只有几千行，构建一次只需要一分钟，那么你可以很敏捷灵活地频繁上线变更修复问题。但是当你的系统扩充到几十万行，甚至上百万行代码的时候，一次构建的过程，包括编译、单元测试、打包和上传到正式环境，花费的时间可能达到十几分钟，并且，任何小的修改，都需要构建整个项目，上线变更的过程非常不灵活。

二、系统架构的微服务化

之前，我在做一个社区业务的时候，开始采用的架构也是一体化的架构，数据库已经做了垂直分库，分出了用户库、内容库和互动库，并且已经将工程拆分了业务池，拆分成了用户池、内容池和互动池。

当前端的请求量越来越大时，我们发现，无论哪个业务池子，用户模块都是请求量最大的模块儿，用户库也是请求量最大的数据库。这很好理解，无论是内容还是互动，都会查询用户库获取用户数据，所以，即使我们做了业务池的拆分，但实际上，每一个业务池子都需要连接用户库，并且请求量都很大，这就造成了用户库的连接数比其它都要多一些，容易成为系统的瓶颈。

其实，可以把与用户相关的逻辑，部署成一个单独的服务，其它无论是用户池、内容池还是互动池，都连接这个服务来获取和更改用户信息，那么也就是说，只有这个服务可以连接用户库，其它的业务池都不直连用户库获取数据。

由于这个服务只处理和用户相关的逻辑，所以，不需要部署太多的实例就可以承担流量，这样就可以有效地控制用户库的连接数，提升了系统的可扩展性。那么如此一来，我们也可以将内容和互动相关的逻辑，都独立出来，形成内容服务和互动服务，这样，我们就通过按照业务做横向拆分的方式，解决了数据库层面的扩展性问题。

再比如，我们在做社区业务的时候，会有多个模块需要使用地理位置服务，将 IP 信息或者经纬度信息，转换为城市信息。比如，推荐内容的时候，可以结合用户的城市信息，做附近内容的推荐；展示内容信息的时候，也需要展示城市信息等等。那么，如果每一个模块都实现这么一套逻辑就会导致代码不够重用。因此，我们可以把将 IP 信息或者经纬度信息，转换为城市信息，包装成单独的服务供其它模块调用，也就是，我们可以将与业务无关的公用服务抽取出来，下沉成单独的服务。

按照以上两种拆分方式将系统拆分之后，每一个服务的功能内聚，维护人员职责明确，增加了新的功能只需要测试自己的服务就可以了，而一旦服务出了问题，也可以通过服务熔断、降级的方式减少对于其他服务的影响。另外，由于每个服务都只是原有系统的子集，代码行数相比原有系统要小很多，构建速度上也会有比较大的提升。

当然，微服务化之后，原有单一系统被拆分成多个子服务，无论在开发，还是运维上都会引入额外的问题，

单体架构向微服务化架构演进的原因，你应该了解到，当系统依赖资源的扩展性出现问题，或者是一体化架构带来的研发成本、部署成本变得难以接受时，我们会考虑对整体系统，做微服务化拆分。微服务化之后，垂直电商系统的架构会将变成下面这样：

在这个架构中，我们将用户、订单和商品相关的逻辑，抽取成服务独立的部署，原本的 Web 工程和队列处理程序，将不再直接依赖缓存和数据库，而是通过调用服务接口，查询存储中的信息。有了构思和期望之后，为了将服务化拆分尽快落地，你们决定抽调主力研发同学，共同制定拆分计划。但是细致讨论后发现，虽然对服务拆分有了大致的方向，可还是有很多疑问，比如：

2.1 微服务拆分的原则

之前，你维护的一体化架构，就像是一个大的蜘蛛网，不同功能模块，错综复杂地交织在一起，方法之间调用关系非常的复杂，导致你修复了一个 Bug，可能会引起另外多个 Bug，整体的维护成本非常高。同时，数据库较弱的扩展性，也限制了服务的扩展能力

出于上述考虑，你要对架构做拆分。但拆分并不像听上去那么简单，这其实就是将整体工程，重构甚至重写的过程。你需要将代码，拆分到若干个子工程里面，再将这些子工程，通过一些通信方式组装起来，这对架构是很大的调整，需要跨多个团队协调完成。所以在开始拆分之前，你需要明确几个拆分的原则，否则就会事倍功半，甚至对整体项目产生不利的影响。

2.1.1 原则一：做到单一服务内部功能的高内聚，和低耦合

每个服务只完成自己职责之内的任务，对于不是自己职责的功能，交给其它服务来完成。

2.1.2 原则二：你需要关注服务拆分的粒度，先粗略拆分，再逐渐细化

在服务拆分的初期，你其实很难确定，服务究竟要拆分成什么样。但是，从“微服务”这几个字来看，服务的粒度貌似应该足够小，甚至有“一方法一服务”的说法。不过，服务多了也会带来问题，像是服务个数的增加会增加运维的成本。再比如，原本一次请求只需要调用进程内的多个方法，现在则需要跨网络调用多个 RPC 服务，在性能上肯定会有所下降。

所以我推荐的做法是：拆分初期可以把服务粒度拆的粗一些，后面随着团队对于业务和微服务理解的加深，再考虑把服务粒度细化。比如说，对于一个社区系统来说，你可以先把和用户关系相关的业务逻辑，都拆分到用户关系服务中，之后，再把比如黑名单的逻辑独立成黑名单服务。

2.1.3 原则三：拆分的过程，要尽量避免影响产品的日常功能迭代

也就是说，要一边做产品功能迭代，一边完成服务化拆分。在竞品对手快速发展的时期做了服务的拆分，拆分的方式是停掉所有业务开发，全盘推翻重构，结果错失了产品发展的最佳机会，最终败给了竞争对手。因此，我们的拆分只能在现有一体化系统的基础上，不断剥离业务独立部署，剥离的顺序，你可以参考以下几点：

• 1. 优先剥离比较独立的边界服务（比如短信服务、地理位置服务），从非核心的服务出发，减少拆分对现有业务的影响，也给团队一个练习、试错的机会；
• 2. 当两个服务存在依赖关系时，优先拆分被依赖的服务。比方说，内容服务依赖于用户服务获取用户的基本信息，那么如果先把内容服务拆分出来，内容服务就会依赖于一体化架构中的用户模块，这样还是无法保证内容服务的快速部署能力。

所以正确的做法是，你要理清服务之间的调用关系，比如说，内容服务会依赖用户服务获取用户信息，互动服务会依赖内容服务，所以要按照先用户服务，再内容服务，最后互动服务的顺序来进行拆分。

2.1.4 原则四：服务接口的定义要具备可扩展性

服务拆分之后，由于服务是以独立进程的方式部署，所以服务之间通信，就不再是进程内部的方法调用，而是跨进程的网络通信了。在这种通信模型下需要注意，服务接口的定义要具备可扩展性，否则在服务变更时，会造成意想不到的错误。某一个微服务的接口有三个参数，在一次业务需求开发中，组内的一个同学将这个接口的参数调整为了四个，接口被调用的地方也做了修改，结果上线这个服务后，却不断报错，无奈只能回滚。想必你明白了，这是因为这个接口先上线后，参数变更成了四个，但是调用方还未变更，还是在调用三个参数的接口，那就肯定会报错了。所以，服务接口的参数类型最好是封装类，这样如果增加参数，就不必变更接口的签名，而只需要在类中添加字段即就可以了。

2.2 微服务化带来的问题和解决思路

微服务化只是一种架构手段，有效拆分后，可以帮助实现服务的敏捷开发和部署。但是，由于将原本一体化架构的应用，拆分成了，多个通过网络通信的分布式服务，为了在分布式环境下，协调多个服务正常运行，就必然引入一定的复杂度，这些复杂度主要体现在以下几个方面：

1. 服务接口的调用，不再是同一进程内的方法调用，而是跨进程的网络调用，这会增加接口响应时间的增加。此时，我们就要选择高效的服务调用框架，同时，接口调用方需要知道服务部署在哪些机器的哪个端口上，这些信息需要存储在一个分布式一致性的存储中，于是就需要引入服务注册中心，注册中心管理的是服务完整的生命周期，包括对于服务存活状态的检测。

2. 多个服务之间有着错综复杂的依赖关系。一个服务会依赖多个其它服务，也会被多个服务所依赖，那么一旦被依赖的服务的性能出现问题，产生大量的慢请求，就会导致依赖服务的工作线程池中的线程被占满，那么依赖的服务也会出现性能问题。接下来，问题就会沿着依赖网，逐步向上蔓延，直到整个系统出现故障为止。为了避免这种情况的发生，我们需要引入服务治理体系，针对出问题的服务，采用熔断、降级、限流、超时控制的方法，使得问题被限制在单一服务中，保护服务网络中的其它服务不受影响。

3. 服务拆分到多个进程后，一条请求的调用链路上，涉及多个服务，那么一旦这个请求的响应时间增长，或者是出现错误，我们就很难知道，是哪一个服务出现的问题。另外，整体系统一旦出现故障，很可能外在的表现是所有服务在同一时间都出现了问题，你在问题定位时，很难确认哪一个服务是源头，这就需要引入分布式追踪工具，以及更细致的服务端监控报表。

博文参考

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