你真的了解分布式系統(tǒng)到底是什么嗎？

前言

隨著大型網(wǎng)站的各種高并發(fā)訪問、海量數(shù)據(jù)處理等場(chǎng)景越來越多，如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的高可用、易伸縮、可擴(kuò)展、安全等目標(biāo)就顯得越來越重要。為了解決這樣一系列問題，大型網(wǎng)站的架構(gòu)也在不斷發(fā)展。提高大型網(wǎng)站的高可用架構(gòu)，不得不提的就是分布式。本文主要簡單介紹了分布式系統(tǒng)的概念、分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)、常用的分布式方案以及分布式和集群的區(qū)別等。

一、集中式系統(tǒng)

在學(xué)習(xí)分布式之前，先了解一下與之相對(duì)應(yīng)的集中式系統(tǒng)是什么樣的。

集中式系統(tǒng)用一句話概括就是：一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)終端。終端沒有數(shù)據(jù)處理能力，僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的錄入和輸出。而運(yùn)算、存儲(chǔ)等全部在主機(jī)上進(jìn)行。

拿一個(gè)電子商城舉例，一個(gè)集中式系統(tǒng)的電子商城，通過一個(gè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，該應(yīng)用部署在一起主機(jī)上，對(duì)外提供服務(wù)。用戶的所有操作均通過這一臺(tái)機(jī)器的一個(gè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

集中式系統(tǒng)的最大的特點(diǎn)就是部署結(jié)構(gòu)非常簡單，底層一般采用從IBM、HP等廠商購買到的昂貴的大型主機(jī)。因此無需考慮如何對(duì)服務(wù)進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)的部署，也就不用考慮各節(jié)點(diǎn)之間的分布式協(xié)作問題。

但是，由于采用單機(jī)部署。很可能帶來系統(tǒng)大而復(fù)雜、難于維護(hù)、發(fā)生單點(diǎn)故障（單個(gè)點(diǎn)發(fā)生故障的時(shí)候會(huì)波及到整個(gè)系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)的癱瘓）、擴(kuò)展性差等問題。

二、分布式系統(tǒng)

在《分布式系統(tǒng)概念與設(shè)計(jì)》一書中，對(duì)分布式系統(tǒng)做了如下定義：

分布式系統(tǒng)是一個(gè)硬件或軟件組件分布在不同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上，彼此之間僅僅通過消息傳遞進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

簡單來說就是一群獨(dú)立計(jì)算機(jī)集合共同對(duì)外提供服務(wù)，但是對(duì)于系統(tǒng)的用戶來說，就像是一臺(tái)計(jì)算機(jī)在提供服務(wù)一樣。

分布式意味著可以采用更多的普通計(jì)算機(jī)（相對(duì)于昂貴的大型機(jī)）組成分布式集群對(duì)外提供服務(wù)。計(jì)算機(jī)越多，CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)資源等也就越多，能夠處理的并發(fā)訪問量也就越大。

一個(gè)由分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的電子商城，在功能上可能被拆分成多個(gè)應(yīng)用，分別提供不同的功能，組成一個(gè)分布式系統(tǒng)對(duì)外提供服務(wù)。
而系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，如異步消息或者RPC/HTTP請(qǐng)求調(diào)用等。

所以，分布式系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)在空間上幾乎沒有任何限制，這些計(jì)算機(jī)可能被放在不同的機(jī)柜上，也可能被部署在不同的機(jī)房中，還可能在不同的城市中，對(duì)于大型的網(wǎng)站甚至可能分布在不同的國家和地區(qū)。

但是，無論空間上如何分布，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分布式系統(tǒng)應(yīng)該具有以下幾個(gè)主要特征：

分布性

分布式系統(tǒng)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間在空間位置上可以隨意分布，系統(tǒng)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間沒有主、從之分，即沒有控制整個(gè)系統(tǒng)的主機(jī)，也沒有受控的從機(jī)。

透明性

系統(tǒng)資源被所有計(jì)算機(jī)共享。每臺(tái)計(jì)算機(jī)的用戶不僅可以使用本機(jī)的資源，還可以使用本分布式系統(tǒng)中其他計(jì)算機(jī)的資源(包括CPU、文件、打印機(jī)等)。

同一性

系統(tǒng)中的若干臺(tái)計(jì)算機(jī)可以互相協(xié)作來完成一個(gè)共同的任務(wù)，或者說一個(gè)程序可以分布在幾臺(tái)計(jì)算機(jī)上并行地運(yùn)行。

通信性

系統(tǒng)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以通過通信來交換信息。

和集中式系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)的性價(jià)比更高、處理能力更強(qiáng)、可靠性更高、也有很好的擴(kuò)展性。

但是，分布式在解決了網(wǎng)站的高并發(fā)問題的同時(shí)也帶來了一些其他問題。

首先，分布式的必要條件就是網(wǎng)絡(luò)，這可能對(duì)性能甚至服務(wù)能力造成一定的影響。其次，一個(gè)集群中的服務(wù)器數(shù)量越多，服務(wù)器宕機(jī)的概率也就越大。另外，由于服務(wù)在集群中分布是部署，用戶的請(qǐng)求只會(huì)落到其中一臺(tái)機(jī)器上，所以，一旦處理不好就很容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)一致性問題。

三、常用的分布式方案

分布式應(yīng)用和服務(wù)

將應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行分層和分割，然后將應(yīng)用和服務(wù)模塊進(jìn)行分布式部署。這樣做不僅可以提高并發(fā)訪問能力、減少數(shù)據(jù)庫連接和資源消耗，還能使不同應(yīng)用復(fù)用共同的服務(wù)，使業(yè)務(wù)易于擴(kuò)展。

分布式靜態(tài)資源

對(duì)網(wǎng)站的靜態(tài)資源如JS、CSS、圖片等資源進(jìn)行分布式部署可以減輕應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載壓力，提高訪問速度。

分布式數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)

大型網(wǎng)站常常需要處理海量數(shù)據(jù)，單臺(tái)計(jì)算機(jī)往往無法提供足夠的內(nèi)存空間，可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)。

分布式計(jì)算

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有些應(yīng)用需要非常巨大的計(jì)算能力才能完成，如果采用集中式計(jì)算，需要耗費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間來完成。分布式計(jì)算將該應(yīng)用分解成許多小的部分，分配給多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這樣可以節(jié)約整體計(jì)算時(shí)間，大大提高計(jì)算效率。

四、分布式與集群

很多人對(duì)分布式和集群的概念不是很清楚，容易混淆，這里簡單區(qū)分一下：

分布式（distributed）是指在多臺(tái)不同的服務(wù)器中部署不同的服務(wù)模塊，通過遠(yuǎn)程調(diào)用協(xié)同工作，對(duì)外提供服務(wù)。

集群（cluster）是指在多臺(tái)不同的服務(wù)器中部署相同應(yīng)用或服務(wù)模塊，構(gòu)成一個(gè)集群，通過負(fù)載均衡設(shè)備對(duì)外提供服務(wù)。