分布式技术

一、为什么需要分布式

（1）计算问题

无论是我们在学校刚开始学编程，还是在刚参加工作开始处理实际问题，写出来的程序都是很简单的。因为面对的问题很简单。以处理数据为例，可能只是把一个几十K的文件解析下，然后生成一个词频分析的报告。很简单的程序，十几行甚至几行就搞定了。

直到有一天，给你扔过来1000个文件，有些还特别大，好几百M了。你用之前的程序一跑，发现跑的时间有点长。于是想要去优化下。1000 个文件，互相还没业务联系，用多线程呀，一个线程处理一个文件，结果再汇总就搞定了。如果多线程效果不够好，比如像 Python 的多线程，没法利用多核的威力，那就用多进程。

无论是线程、进程，本质上，目的都是为了计算的并行化，解决的是算的慢的问题。而如果计算量足够大，就算榨干了机器的计算能力，也算不过来，咋办？

一台机器不够，那就多搞几台机器嘛。所以就从多线程/进程的计算并行化，进化到计算的分布式化（当然，分布式一定程度上也是并行化）。

（2）存储问题

另一方面，如果处理的数据有10T，而你手上的机器只有500G 的硬盘，怎么办？

一种办法是纵向扩展，搞一台几十T硬盘的机器；另一种是横向扩展，多搞几台机器，分散着放。前者很容易到瓶颈，毕竟数据无限，而一台机器的容量有限，所以在大数据量的情况下，只能选后者。把数据分散到多台机器，本质上解决的是存不下的问题。

同时，刚才提到计算分布式化后，总不能所以程序都去同一台机器读数据吧，这样效率必然会受到单台机器性能的拖累，比如磁盘 IO、网络带宽等，也就逼着数据存储也要分散到各个机器去了。基于这两个原因，数据存储也分布式起来了。

二、分布式系统概述

分布式系统是一个硬件或软件组件分布在不同的网络计算机上，彼此之间仅仅通过消息传递进行通信和协调的系统。简单来说就是一群独立计算机集合共同对外提供服务，但是对于系统的用户来说，就像是一台计算机在提供服务一样。

分布式意味着可以采用更多的普通计算机（相对于昂贵的大型机）组成分布式集群对外提供服务。计算机越多，CPU、内存、存储资源等也就越多，能够处理的并发访问量也就越大。

从分布式系统的概念中我们知道，各个主机之间通信和协调主要通过网络进行，所以，分布式系统中的计算机在空间上几乎没有任何限制，这些计算机可能被放在不同的机柜上，也可能被部署在不同的机房中，还可能在不同的城市中，对于大型的网站甚至可能分布在不同的国家和地区。

三、分布式实现方案

分布式系统

小明的公司又3个系统：系统A，系统B和系统C，这三个系统所做的业务不同，被部署在3个独立的机器上运行，他们之间互相调用（当然是跨域网络的），通力合作完成公司的业务流程。

将不同的业务分部在不同的地方，就构成了一个分布式的系统，现在问题来了，系统A是整个分布式系统的脸面，用户直接访问，用户访问量大的时候要么是速度巨慢，要么直接挂掉，怎么办？

由于系统A只有一份，所以会引起单点失败。

四、集群（Cluster）

小明的公司不差钱，就多买几台机器吧， 小明把系统A一下子部署了好几份（例如下图的3个服务器），每一份都是系统A的一个实例，对外提供同样的服务，这样，就不怕其中一个坏掉了，还有另外两个呢。

这三个服务器的系统就组成了一个集群。

可是对用户来说，一下子出现这么多系统A，每个系统的IP地址都不一样，到底访问哪一个呢？

如果所有人都访问服务器1.1，那服务器1.1会被累死，剩下两个闲死，成了浪费钱的摆设。

五、负载均衡（Load Balancer）

小明要尽可能的让3个机器上的系统A工作均衡一些，比如有3万个请求，那就让3个服务器各处理1万个（理想情况），这叫负载均衡

很明显，这个负载均衡的工作最好独立出来，放到独立的服务器上（例如nginx）：

后来小明发现，这个负载均衡的服务器虽然工作内容简单，就是拿到请求，分发请求，但是它还是有可能挂掉，单点失败还是会出现。没办法，只好把负载均衡也搞成一个集群，这个集群和系统A的集群有两点不同：

1.我们可以用某种办法，让这个机器对外只提供一个IP地址，也就是用户看到的好像只有一个机器。

2.同一时刻，我们只让一个负载均衡的机器工作，另外一个原地待命，如果工作的那个拐到了，待命的那个就顶上去。

六、弹性（伸缩性）

如果3个系统A的实例还是满足不了大量请求，例如双十一，可以申请增加服务器，双十一过后，新增的服务器闲置，成了摆设，于是小明决定尝试云计算，在云端可以轻松的创建，删除虚拟的服务器，那样就可以轻松的随着用户的请求动图的增减服务器了。

七、故障转移

上面的系统看起来很美好，但是做了一个不切实际的假设：所有的服务都是无状态的，换句话说，假设用户的两次请求直接是没有关联的。但是现实是，大部分服务都是有状态的，例如购物车。

用户访问系统，在服务器上创建了一个购物车，并向其中加了几个商品，然后服务器1.1挂掉了，用户后续访问就找不到服务器1.1了，这时候就要做失效转移，让另外几个服务器去接管，去处理用户的请求。

可是问题来了，在服务器1.2,1.3上有用户的购物车吗？如果没有，用户就会抱怨，我刚创建的购物车哪里去了？还有更严重的，假设用户登录过得信息保存到了该服务器1.1上登录的，用户登录过的信息保存到了该服务器的session中，现在这个服务器挂了，用的session就不见了，会把用户踢到了登录界面，让用户再次登录！

处理不好状态的问题，集群的威力就大打折扣，无法完成真正的失效转移，甚至无法使用。

怎么办？

一种办法是把状态信息在集群的各个服务器之间复制，让集群的各个服务器达成一致。

还有一种办法， 就是把几种状态信息存储在一个地方，让集群服务器的各个服务器都能访问到。