大型网站架构及演化【3】- 架构要素

本文探讨了网站架构设计中至关重要的五个方面:性能、可用性、伸缩性、扩展性和安全性。详细介绍了每个要素的具体实现方法及其对网站的重要性。

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关于什么事架构,一种比较通俗的说法就是“最高层次的规划,难以改变的决定”,这些规划和决定奠定了事物未来发展的方向和最终的蓝图!

一般来说,除了当前的系统功能需求外,软件架构还需要关注性能、可用性、伸缩性、扩展性和安全性这五个架构要素。

3.1 性能

性能是一个网站的重要指标,正是由于性能问题几乎无所不在,所以优化网站性能的手段也非常多。

在浏览器端,可以通过浏览器缓存、使用页面压缩、合理布局页面、减少Cookie传输等手段改善性能。

还可以使用CDN,将网站的静态内容分发到离用户最近的网络服务商提供商机房,使用户通过最短访问路径获取数据,可以在网站机房部署反向代理服务器,混村热点文集那,加快请求响应速度,减轻用用服务器负载压力。

在应用服务器端,可以使用服务器本地缓存和分布式缓存,通过缓存在内存中的热点数据处理用户请求,加快请求处理过程,减轻数据库负载压力

也可以通过一部操作将用户请求发送至消息队列等待后续任务的处理,而当前请求直接返回响应给用户

在网站有很多用户并发请求的情况下,可以将多台应用服务器组成一个集群共同那个对外服务,提高整体处理能力,改善性能。

在代码层面,也可以通过使用多线程,改善内存管理等手段优化性能

在数据库服务器端,索引,缓存、sql优化等性能优化手段都已经比较成熟了,而非关系型数据库,通过优化数据模型、存储结构、伸缩特性等手段在性能方面的优化也日趋明显

衡量网站性能有有一系列指标,重要的有响应时间,TPS,系统性能计数器等。

3.2 可用性

对于大型网站而言,特别是知名网站,网站跌掉,服务不可用是一个重大的事故,轻则影响网站声誉,重责可能会摊上官司。

网站高可用的主要手段是冗余,应用部署在多台服务器上同时提供访问,数据在多台服务器上互相备份,任何一台服务器碟机都不会影响应用的整体可用,也不会到职数据丢失。

对于应用服务器而言,多台应用服务器通过负载均衡设备组成一个集群共同对外提供服务,任何一台服务器碟机,只需把请求切换到其他服务器就可实现应用的高可用,但是一个前提条件是应用服务器上不能保存请求的会话信息,否则服务器碟机,会话丢失,即使将用户请求转发到其他服务器上也无法完成对业务处理。

对于存储服务器,由于其上存储着数据,需要对数据进行实时的备份,当服务器碟机的时候需要将数据转移到其他服务器上,并进行数据恢复。

自动化测试,自动化发布,灰度发布。

衡量一个系统架构设计是否满足高可用的目标,就是假设系统中的任何一台服务器碟机,以及出行各种不可预期的问题时,系统整体是否依然可用。

3.3 伸缩性

大型网站需要面对大量的用户的高并发访问和存储海量数据,不可能只用一台服务器就处理所有用户的请求,存储全部数据,网站通过集群的方式将多台服务器组成一个整体共同提供服务。所谓的伸缩性就是指通过不断的向服务器集群中加入服务器的手段来缓解不断上升的用户并发访问的压力和不断增长的数据存储需求。

3.4 扩展性

网站可扩展架构的主要手段是时间驱动架构和分布式服务

时间驱动架构在网站通常利用消息队列实现,将用户请求和其他业务事件构造成消息发布到消息队列中,消息的处理者作为消费者从消息队列中获取消息进行处理,通过这种方式将消息产生和消息处理分离开来,可以透明的增加新的消息生产者任务或者新的消费者任务。

分布式服务则是将业务和可复用服务分离开来,通过分布式服务框架调用,新增产品可以通过调用可复用的服务实现自身的业务逻辑,而对现有产品没有任何影响。可复用服务升级变更的时候,可以通过提供多版本服务对应用实现透明升级,不需要强制应用同步变更。

3.5 安全性

衡量网站安全架构的便准就是正对现存和潜在的各种攻击手段和窃密手段,是否有可靠的应对策略。

1. 用户与权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参与安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购与分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室与设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约与使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材与安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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