分布式系统设计指南

目录

一、分布式简介

二、分布式系统核心概念

        2.1 CAP 理论

        2.2 BASE 原理

三、分布式系统设计

        3.1 微服务拆分

        3.2 通信模型

        3.3 负载均衡

        3.4 数据一致性

        3.5 容错限流

        3.6 扩展性

        3.7 监控预警

        3.8 自动化运维

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一、分布式简介

        分布式系统是由单体应用发展而来的，单体应用是将所有的业务功能维护在一个巨无霸的服务中，业务初期可能还能接受，但随着业务发展，单体应用中要维护的代码越来越多，这就导致了代码膨胀、维护成本高、不能快速迭代回滚、沟通成本高、业务耦合互相影响、部署繁琐等问题的出现。为了解决这些问题开始寻求将单体应用进行拆分，按业务模块将单体应用拆分成更小、更容易管理的若干个小服务。

        从单体应用发展为分布式系统是对技术、组织结构、开发流程等多方面的全面改革。那什么是分布式系统呢？

        分布式系统是一种由多台计算机(节点)通过网络互相连接，协同工作以完成共同任务的计算模型。这些节点共享资源并协作处理任务，从用户角度来看，整个系统表现得仍然像一个单体应用。

二、分布式系统核心概念

        分布式系统设计中，有两个核心概念，分别为 CAP 理论和 BASE 原理，他们指导着分布式系统如何在复杂环境下做出权衡和设计决策。

        2.1 CAP 理论

        CAP 理论指出在分布式系统设计中，有三个基本要求，但在任何系统中最多只能满足其中的两个，这三个基本要求为：

• 一致性(Consistency)：所有节点在同一时间看到的数据是一致的，即数据更新后，所有访问都会返回最新的值。
• 可用性(Availability)：每个请求都能在有限时间内得到响应，无论成功还是失败。
• 分区容错性(Partition tolerance)：即使系统中部分网络不可用，系统仍然能够继续运行。

        在实际应用中，由于网络分区是不可避免的，所以通常需要再一致性和可用性之间做出选择。那什么是网络分区呢？在分布式系统中，多个节点之间的网络原本是连通的，但因为某些故障某些节点直接不能连通了，整个网络就被分割成几个区域，这就叫做网络分区。

                                   

        在实际应用中，一些中心化组件都会在 CAP 中进行取舍，如 ZooKeeper 为了保证数据的一致性结果，保证了 CP。在 Nacos 中服务注册发现保证了 AP，配置中心保证了 CP。

        2.2 BASE 原理

        BASE 原理是对 CAP 理论中一致性和可用性权衡的一种应用哲学，在无法保证强一致性的情况下，应该如何设计系统，BASE 原理由三部分组成：

• 基本可用(Basically Available)：系统出现故障时，允许部分功能不可用，但核心功能仍然能正常工作。
• 软状态(Soft State)：系统可以有一段时间内的中间状态，这个状态可能与最终状态不一致，但在一段时间后会达到一致。
• 最终一致性(Eventual Consistency)：系