高并發(fā)

在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，無論是電商平臺(tái)的促銷活動(dòng)，還是社交媒體的熱點(diǎn)事件，都可能瞬間涌入大量的用戶請(qǐng)求。

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高并發(fā)帶來的挑戰(zhàn)是巨大的：服務(wù)器資源緊張、響應(yīng)速度變慢、甚至系統(tǒng)崩潰。

TPS突破5萬對(duì)于許多大規(guī)模在線業(yè)務(wù)而言，是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)目標(biāo)。

TPS（Transactions Per Second）：是衡量系統(tǒng)每秒處理事務(wù)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

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TPS反映了系統(tǒng)的吞吐能力，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能、響應(yīng)時(shí)間和用戶體驗(yàn)。

具體來說，5萬TPS代表著系統(tǒng)每秒可以處理50,000個(gè)事務(wù)，這對(duì)于大多數(shù)電商平臺(tái)、金融交易系統(tǒng)、社交應(yīng)用等場(chǎng)景來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

突破這一目標(biāo)意味著架構(gòu)能夠處理更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，同時(shí)也能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)的流量高峰。

我們需要深入分析，究竟是什么樣的架構(gòu)，才能夠支撐如此高的并發(fā)。

如何支撐高并發(fā)？

當(dāng)TPS達(dá)到5萬時(shí)，系統(tǒng)將面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先，數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問成為瓶頸。

因?yàn)樵诟卟l(fā)的情況下，大量的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、和寫入操作可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載過高，響應(yīng)時(shí)間延遲。

這個(gè)時(shí)候，可以考慮“分庫(kù)分表”，將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)，避免單一數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力過大。

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通過分庫(kù)分表，可以將不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中，使得不同數(shù)據(jù)表的讀寫操作能夠并行執(zhí)行，提高并發(fā)性能。

阿里巴巴的電商平臺(tái)，例如淘寶、天貓，面對(duì)的是海量用戶、商品和訂單，單一數(shù)據(jù)庫(kù)顯然無法支撐。

因此，分庫(kù)拆分是其架構(gòu)設(shè)計(jì)的必然選擇。

業(yè)務(wù)領(lǐng)域劃分

將核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域獨(dú)立拆分，形成獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離和數(shù)據(jù)解耦。

確保每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)承擔(dān)明確的業(yè)務(wù)職責(zé)。

常見的分庫(kù)包括：

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用戶庫(kù)：存儲(chǔ)用戶信息、賬戶信息...等。

商品庫(kù)：存儲(chǔ)商品信息、庫(kù)存信息...等。

訂單庫(kù)：存儲(chǔ)訂單信息、支付信息...等。

交易庫(kù)：存儲(chǔ)交易信息，支付信息...等。

店鋪庫(kù)：存儲(chǔ)店鋪信息...等。

還可以，按用戶ID范圍、或哈希取模，進(jìn)一步拆分成多個(gè)表。

比如user_table_01、user_table_02....，分散壓力。

讀寫分離

通過主從數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制，讀操作由從數(shù)據(jù)庫(kù)處理，寫操作由主數(shù)據(jù)庫(kù)處理，減輕主數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)擔(dān)。

讀寫分離的核心是主從復(fù)制，主數(shù)據(jù)庫(kù)（主庫(kù)）負(fù)責(zé)處理所有的寫操作（INSERT、UPDATE、DELETE），而從數(shù)據(jù)庫(kù)（從庫(kù)）則復(fù)制主庫(kù)的數(shù)據(jù)，并處理讀操作（SELECT）。

主庫(kù)將寫操作的日志（例如，MySQL的binlog）同步到從庫(kù)，從庫(kù)通過執(zhí)行這些日志來保持與主庫(kù)數(shù)據(jù)的一致性。

高性能緩存

分布式緩存系統(tǒng)是高并發(fā)架構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，通過使用如Redis、Memcached...等，緩存系統(tǒng)。

緩存系統(tǒng)通常用于存儲(chǔ)：熱點(diǎn)數(shù)據(jù)、查詢結(jié)果等高頻訪問的數(shù)據(jù)，可以大大減少數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問頻率，提升響應(yīng)速度。

但也需要考慮，在高并發(fā)流量的情況下，穿透、雪崩...等等場(chǎng)景。

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緩存穿透

緩存穿透是指查詢一個(gè)不存在的數(shù)據(jù)，緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)中都沒有這條數(shù)據(jù)，導(dǎo)致每次請(qǐng)求都會(huì)直接訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。

如果大量請(qǐng)求查詢不存在的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)承受巨大的壓力，甚至崩潰。

解決方案

使用布隆過濾器來判斷請(qǐng)求的數(shù)據(jù)是否存在。

布隆過濾器是一種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以快速判斷一個(gè)元素是否存在于集合中。

如果布隆過濾器判斷數(shù)據(jù)不存在，則直接返回，避免訪問緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)。

緩存雪崩

緩存雪崩是指大量緩存數(shù)據(jù)在同一時(shí)間失效，導(dǎo)致大量請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，造成數(shù)據(jù)庫(kù)壓力過大，甚至崩潰。

解決方案：

設(shè)置隨機(jī)過期時(shí)間，來解決。

為緩存數(shù)據(jù)設(shè)置隨機(jī)的過期時(shí)間，避免大量緩存數(shù)據(jù)同時(shí)失效。

緩存預(yù)熱

在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，提前加載熱點(diǎn)數(shù)據(jù)到緩存中，避免大量請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用多級(jí)緩存，例如，本地緩存和分布式緩存結(jié)合使用。

構(gòu)建高可用緩存集群

對(duì)于redis等緩存服務(wù)，做集群，或者使用哨兵模式，避免單點(diǎn)故障，提高可用性。

流量削峰

通過消息隊(duì)列（如Kafka、RocketMQ...等），可以將高峰流量中的請(qǐng)求異步地推送到隊(duì)列中，消費(fèi)者按照設(shè)定的速率從隊(duì)列中取出消息進(jìn)行處理。

這樣，系統(tǒng)可以在流量較低時(shí)處理請(qǐng)求，避免了系統(tǒng)因瞬時(shí)高并發(fā)而崩潰。

例如，在電商平臺(tái)中，用戶下單后，可以將支付請(qǐng)求通過消息隊(duì)列推送到處理隊(duì)列，由后臺(tái)異步處理支付請(qǐng)求，避免高并發(fā)時(shí)同步處理的壓力。

以及，在秒殺活動(dòng)中，用戶的請(qǐng)求量可能會(huì)激增，消息隊(duì)列可以幫助將大量請(qǐng)求排入隊(duì)列中，逐步處理，以避免系統(tǒng)崩潰。