高并发
什么是高并发
高并发(High Concurrency)是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。高并发相关常用的一些指标有 响应时间(Response Time)，吞吐量(Throughput)，每秒查询率 QPS(Query Per Second)，并发用户数 等。
- 响应时间： 系统对请求做出响应的时间。例如系统处理一个 HTTP 请求需要 200ms，这个 200ms 就是系统的响应时间。
- 吞吐量： 单位时间(年，月，日，时，分，秒)内处理的请求数量。
- QPS： 每秒响应请求数。在互联网领域，这个指标和吞吐量区分的没有这么明显。
- 并发用户数： 同时承载正常使用系统功能的用户数量。例如一个即时通讯系统，同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数。
如何提升系统的并发能力
互联网分布式架构设计，提高系统并发能力的方式，方法论上主要有两种：垂直扩展(Scale Up) 与 水平扩展(Scale Out)。
垂直扩展
提升单机处理能力。垂直扩展的方式又有两种：
- 增强单机硬件性能，例如：增加 CPU 核数如 32 核，升级更好的网卡如万兆，升级更好的硬盘如 SSD，扩充硬盘容量如 2T，扩充系统内存如 128G；
- 提升单机架构性能，例如：使用 Cache 来减少 IO 次数，使用异步来增加单服务吞吐量，使用无锁数据结构来减少响应时间；
在互联网业务发展非常迅猛的早期，如果预算不是问题，强烈建议使用 “增强单机硬件性能” 的方式提升系统并发能力，因为这个阶段，公司的战略往往是发展业务抢时间，而 “增强单机硬件性能” 往往是最快的方法。
不管是提升单机硬件性能，还是提升单机架构性能，都有一个致命的不足：单机性能总是有极限的。所以互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是水平扩展。
水平扩展
只要增加服务器数量，就能线性扩充系统性能。水平扩展对系统架构设计是有要求的，如何在架构各层进行可水平扩展的设计，以及互联网公司架构各层常见的水平扩展实践，是本文重点讨论的内容。
典型互联网分层架构
- 客户端层： 典型调用方是浏览器或手机应用 APP
- 反向代理层： 系统入口(Ingress)，反向代理(Nginx)
- 站点应用层： 实现核心应用逻辑，返回 HTML 或者 JSON
- 服务层： 微服务体现在这一层
- 数据缓存层： 缓存加速访问存储
- 数据库层： 数据库持久化数据存储
水平扩展分层架构
反向代理层的水平扩展
站点应用层的水平扩展
服务层的水平扩展
数据层的水平扩展
按照范围水平拆分
按照哈希水平拆分
水平拆分与主从同步
总结
高并发(High Concurrency)是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。
提高系统并发能力的方式，方法论上主要有两种：垂直扩展(Scale Up)与水平扩展(Scale Out)。前者垂直扩展可以通过提升单机硬件性能，或者提升单机架构性能，来提高并发性，但单机性能总是有极限的，互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是后者：水平扩展。
互联网分层架构中，各层次水平扩展的实践又有所不同：
- 反向代理层可以通过 DNS 轮询 的方式来进行水平扩展
- 站点层可以通过 Nginx 来进行水平扩展
- 服务层可以通过服务连接池来进行水平扩展
- 数据库可以按照数据范围，或者数据哈希的方式来进行水平扩展
各层实施水平扩展后，能够通过增加服务器数量的方式来提升系统的性能，做到理论上的性能无限。