架构五要素

一般在做架构设计时，我们会关注以下五个要素：

  • 高性能
  • 高可用
  • 伸缩性
  • 扩展性
  • 安全性

高性能

性能的测试指标主要有：

  • 响应时间：指应用执行一个操作需要的时间
  • 并发数：指系统能够同时处理请求的数目
  • QPS：指单位时间内系统处理的请求量
  • 系统性能计数器：描述服务器或者操作系统性能的一些数据指标

性能优化，根据网站分层架构，可以分为三大类：

  • Web前端性能优化

    • 减少http请求
    • 适用浏览器缓存
    • 启用压缩
    • 减少Cookie传输

  • 应用服务器性能优化：缓存、集群、异步

    • 多线程（设计为无状态，使用局部对象，并发访问资源使用锁）
    • 资源复用（单例，对象池）
    • 数据结构
    • 异步操作（消息队列，削峰作用）
    • 多台应用服务器组成一个集群共同对外服务，提高整体处理能力
    • 使用CDN，将网站静态内容分发至里用户最近的网络服务器机房，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，缓存热点文件，加快请求响应速度，减轻应用服务器负载压力
    • 应用服务器端，可以使用服务器本地缓存和分布式缓存（网站性能优化第一定律：考虑使用缓存优化性能）
    • 代码层面，通过使用多线程、改善内存管理等手段优化性能
    • 数据库服务器端，索引、缓存、SQL优化等手段优化性能
    • NoSQL数据库通过优化数据模型、存储结构、伸缩特性等

  • 存储服务器性能优化

    • 机械硬盘 vs 固态硬盘
    • B+树 vs LSM树
    • RAID vs HDFS

高可用

高可用的网站架构：目的是保证服务器硬件故障时服务依然可用、数据依然保存并能够被访问，主要手段有数据和服务的冗余备份及失效转移。

  • 高可用的应用：

    • 通过负载均衡进行无状态服务的失效转移
    • 应用服务器集群的Session管理

  • 高可用的服务：无状态的服务，可使用类似负载均衡的失效转移策略，此外还有如下策略

    • 超时设置
    • 异步调用
    • 服务降级
    • 限流

  • 高可用的数据：主要手段是数据备份和失效转移机制

    • 失效确认
    • 访问转移
    • 数据恢复
    • 冷备：缺点是不能保证数据最终一致和数据可用性
    • 热备：分为异步热备和同步热备
    • 数据一致性（Consistency）
    • 数据可用性（Availability）
    • 分区容错性（Partition Tolerance）
    • CAP原理
    • 数据备份

  • 软件质量保证

    • 自动化测试
    • 预发布验证
    • 灰度发布

  • 网站实时监控

    • 警报系统
    • 自动优雅降级
    • 用户行为日志采集（服务端和客户端）
    • 服务器性能监控
    • 监控数据采集
    • 监控管理

伸缩性

概括起来伸缩性分为如下几个方面：

  • 应用服务器集群的伸缩性设计

    • 轮询（Round Robin，RR）
    • 加权轮询（Weighted Round Robin，WRR）
    • 随机（Random）
    • 最少链接（Least Connections）
    • 源地址散列（Source Hashing）
    • DNS域名解析负载均衡
    • 反向代理负载均衡（在HTTP协议层里，应用层负载均衡）
    • IP负载均衡（在内核进程完成数据分发）
    • 数据链路层负载均衡（数据链路层修改mac地址，三角传输模式，LVS）

  • 分布式缓存集群的伸缩性设计

    • Redis集群
    • 分布式缓存的一致性Hash算法（一致性Hash环，虚拟层）

  • 数据存储服务集群的伸缩性设计

    • 关系数据库集群的伸缩性设计
    • NoSQL数据库的伸缩性设计

扩展性

系统架构设计层面的“开闭原则”，构建可扩展的网站架构。

  • 利用分布式消息队列降低耦合性

    • 分布式消息队列
    • 事件驱动架构（Event Driven Architecture）

  • 利用分布式服务打造可复用的业务平台

  • 可扩展的数据结构（如HBase的ColumnFamily设计）

  • 利用开放平台建设网站生态圈

安全性

XSS攻击和SQL注入时构成网站应用攻击最主要的两种手段，此外还包括CSRF，Session劫持等手段。

  • 攻击与防御

    • Error Code

    • 表单Token

    • 验证码

    • Jsonp请求的，Referer校验

    • SQL注入

    • html危险字符转义

    • XSS攻击：跨站点脚本攻击（Cross Site Script）

      对js转义，使其失去执行能力，只能作为纯字符串展示

    • CSRF攻击：跨站点请求伪造（Cross Site Request Forgery）

      防范：httpOnly；增加token校验；通过Referer识别。

    • 网站安全漏洞扫描