前言

    本章讲解高并发系统动静分离方案设计、热点数据处理、管控等思想。

1. 动静分离方案设计

    动静分离实质，将静态页面与动态页面（或者静态数据与动态数据）解耦分离，用不同系统承载对应流量。这样可以提升整个服务的访问性能和可维护性能。

1.1 什么是静态数据

静态数据是指页面中几乎不怎么变化的数据（即不依据用户的Cookie、基本信息、地域、时间等各种属性来生成的数据），例如：

• CSS和JavaScript文件中的静态数据。

• 活动页中的HTML静态文件。

• 图片等相关资源文件。

• 其他与用户信息无关的静态数据。

对于这些分离出来的静态数据，可以进行缓存。在缓存之后，访问这些静态数据的效率就高了，系统运行速度也更快了。可以使用代理服务器进行静态数据的缓存，如：浏览器本地缓存（包括App端、PC端）、CDN、Nginx、Squid、Varnish等，如下图：

1.2 什么是动态数据

动态数据是指根据当前用户属性动态生成的数据。

处理动态数据主要体现在技术架构上，一般采取如下技术方案：

• 清晰的分层架构。

• 服务架构。

• 缓存架构。

1.3 如何实施动静分离架构

实施动静分离架构可以采用“分而治之”的办法，即将动态数据和静态数据解耦，分别使用各自的架构系统来承载对应的流量：

• 对于静态数据，建议缩短用户请求路径，因为路径越短，访问速度就越快。另外，应尽可能地将静态数据缓存起来。

• 对于动态数据，一般用户端需要和服务端进行交互才能获取，所以，请求路径越长，访问速度就越慢。

（ps：获取静态数据和获取动态数据的【域名】不同）

1.4 使用“页面静态化”技术实现动静分离架构

访问静态数据的速度很快，而访问动态数据的速度较慢。那么是否可提前生成好需要的动态获取的数据，然后使用静态页面加速技术来访问这些数据呢？如果可以这样，那访问动态数据的速度就变快了。

（1）页面静态化 技术

页面静态化技术是指：直接缓存HTTP连接，而不仅是缓存数据。代理服务器根据请求的URL直接返回HTTP对应的响应头及响应消息体，流程简洁且高效。

例如，在获取商品详情页数据时，可以提前将该商品详情页的动态数据生成好，然后使用静态页面加速技术访问这些数据。如此，系统的整体性能将得到显著提升，且会大大提升用户体验。

（2）页面静态化 技术适用场景

    页面静态化技术能加速对动态数据的获取，那它是不是在所有场景都适用呢？其实不然，如果使用不当，则不仅不会使系统性能得到提升，反而会使系统性能下降。

    因为页面静态化技术需要将动态数据提前生成，所以，页面静态化技术适用于【动态数据总量不是很大，生成的静态页面数量不多】的业务场景。例如

• 在“秒杀”活动中，如果“秒杀”商品数量有限，则可以生成数量有限的“秒杀”商品静态网页。

• 在二手车业务中，如果二手车库存量不是很大，则可以提前生成二手车的静态网页。

又比如，大型播客之类的网站就不适合使用“页面静态化”技术，因为其中的文章数量是以【亿】为单位的，生成这种体量的静态网页后访问速度会变得特别慢。

2 热点数据处理

场景：

（1）大型电商网站（淘宝、京东等）的商品访问量都是以【亿】为单位的，每天都有【千万】级别的商品被上亿用户访问，其中部分商品被很大一部分流量访问和下单，即这部分商品是【热点商品】

（热点商品的典型场景是“秒杀”业务场景。在“秒杀”业务中，热点商品在极短的时间内【1s ~ 2s】被大量用户访问，系统将面对流量洪峰的挑战）

（2）微博每天都会产生巨大流量的微博条目，比如突然某位明星宣布“和某某正式结婚”，这条微博在发出后会被“千万”级别的“粉丝”查看和转发，这条微博可以被定义为“热点微博”。

2.1 什么是热点数据？

    在上面两个场景中，“热点商品”和“热点微博”均为热点数据。在一定时间内被大量用户访问的数据就是热点数据。热点数据又被分为“静态热点数据”和“动态热点数据”。

• 静态热点数据：可以被提前预知的数据。例如，商家事先决定好了在哪一天要进行“秒杀”活动，或者系统通过历史数据预测出哪个商品容易成为“热点数据”。

• 动态热点数据：不能被提前预知的数据。例如，大明星宣布的大消息，或者淘宝、京东等平台突然做广告导致的“热点数据”。

2.1 如何发现热点数据？

    静态热点数据的发现比较容易，因为，要么是可以事先定义的热点数据，要么是可以通过历史数据预测出的热点数据。之后，将发现的热点数据写入缓存。

    动态热点数据的发现很难。但是如果能实时地发现动态热点数据，则对于促进商品的销售将起到很大的作用，同时对于系统也可以起到很好的保护作用。

发现动态热点数据的建议：

（1）使用日志收集组件（如Flume组件），实时地收集各个中间件及服务的日志，例如对代理层Nginx和后端服务层日志的实时收集。

（2）将实时收集到的日志信息发送到消息中间件Kafka中。

（3）构建一套流式计算系统，实时地从Kafka中 “消费” 日志信息。

（4）流式计算系统对日志信息进行实时流式计算，得到热点数据。

（ps：发现动态热点数据，只要能达到近实时发现【一般为2~3s】即可。）

2.3 如何处理热点数据

    发现热点数据后的一般做法是：优化、限制和隔离。

（1）热点数据的优化。

直接将发现的热点数据写入分布式缓存，并且根据业务情况对其设置缓存过期时间。

（2）热点数据的限制。

热点数据限制是一种保护系统的机制，目的是不让热点数据抢占其他请求的资源。

（例如，使用线程池隔离技术，将每个热点数据的处理过程放在独立的线程池内，这样可以避免大流量的冲击而影响其他请求使用及其资源。）

（3）热点数据的隔离。

热点数据的隔离也是一种保护机制，不能因为数据访问量过大而造成整个业务的崩溃。

（例如，针对“秒杀”场景，可以先将“秒杀”业务和其他主线业务隔离开，防止他们互相影响；然后，将“秒杀”应用独立部署，且使用独立的域名；最后，“秒杀”系统使用独立的数据库进行存储。）

3. 大流量的高效管控

    在“秒杀”场景中，海量的用户会带来瞬时的流量洪峰。瞬时的流量洪峰会带来严重的服务端读/写性能问题、数据库锁，以及服务器资源占用等问题。

3.1 流量分层

    请求路径越短，则访问速度肯定越快。但是，业务特性决定了不能永远将数据放在静态缓存中。

    对于瞬时流量洪峰采用倒三角的分层级逐层控制方式，共分为CDN、反向代理（Nginx）、后端服务及DB四个层级。

在部分“秒杀”业务场景中，用户的浏览器也可以进行一级数据缓存：浏览器是最接近用户的，对于时效很长且体积不大的静态数据，可以将其放入浏览器本地缓存中。

3.2 流量分层控制

（1）CDN层流量控制

    由动静分离技术可以想到：应提前生成尽可能多的数据，然后将其放入CDN节点缓存中（因为CDN层在物理架构上离用户比较近）。

    所以，如果绝大部分的流量都在这一层获取数据，那么到达后端的流量就会减少很多。

（2）反向代理层流量控制

    在动静分离方案中，可以通过“页面静态化”技术可以加速动态数据的获取，即提前将动态数据生成好，然后对齐进行静态化处理。

    所以，这里就可以依据“页面静态化”技术，通过后端服务Job的方式定时提前生成好前端需要的静态数据，然后，将其发送到内容分发服务上，内容分发服务会将这些静态数据分发给所有的反向代理服务器。

在“秒杀”业务中，活动详情页上有一个倒计时的模块，用户可以看到当前“秒杀”活动还剩多久时间开始。这种逻辑简单的功能可以使用Nginx来实现：利用nginx-lua插件，使用Lua脚本获取当前Nginx服务器的时间来计算倒计时。另外，商品库存数据也可以通过Nginx直接访问分布式缓存来获取。

    在“秒杀”业务中，可能会有人利用“秒杀器”进行不公平竞争，且有可能存在竞争对手恶意刷请求的情况。如果存在这种情况，那本次活动就是有风险的，万一被恶意流量独占了库存，则会导致正常用户不能抢购商品，也可能这种恶意请求会对后端系统造成严重冲击，甚至造成后端系统瘫痪。

    对于这种恶意请求，最好有一套机制能提前感知，并将恶意请求提前封存。可以在Nginx层中控制；也可以在Nginx中配置用户的访问频率（例如每分钟最多只能访问10次）；还可以使用Lua脚本编写一些简单业务逻辑的接口，例如，通过调用接口直接封掉指定IP地址或UserAgent。

（可以利用大数据的日志收集组件：如Flume，从Nginx上采集日志，将采集到的日志写入存储系统：如HBase中，然后风控平台对存储系统中的日志进行风险分析。对于有风险的请求，风控平台可以直接调用Nginx中的Lua风控接口对其进行封停处理，例如禁止某个IP地址或将请求的UserAgent封停。）

（3）后端服务层流量控制

对于服务层的流量控制，有以下几点建议：

• 在程序开发上，代码独立，不要与其他平台项目合在一起。

• 在部署时，应用独立部署，分散流量，避免不合适的流量影响主体业务。

• 使用独立域名，或者按照一定的URL规则在反向代理层进行路由。

• 做好系统保护和限流，进一步减少不必要的流量。

（当【达到系统中的请求书数】明显大于【系统能够处理的最大请求数】时，可以直接拒绝多余的请求，直接返回“秒杀”活动结束的信息）

（4）数据库层流量控制

写数据库的流量就是真正下单成功的流量，即需要扣减库存的动作，有如下建议：

• 如果不是临时活动，则建议使用独立的数据库作为“秒杀”活动的数据库。

• 将数据库配置成读写分离。

• 尝试去除行锁。

    章节拆分比较细，是为了让大家看的过程中，能够尽可能把内容接收进去，下章节讲解高并发系统的扣减库存的相关方案介绍。