系统设计基础（CS-Notes）

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2021-11-11 03:31 237阅读 0赞

# 1 性能 #

## 1.1 性能指标 ##

### 1. 响应时间 ###

指某个请求 从发出到接收到响应 消耗的时间。

在对响应时间进行测试时，通常采用重复请求的方式，然后计算平均响应时间。

### 2. 吞吐量 ###

指系统在单位时间内 可以处理的请求数量，通常使用每秒的请求数来衡量。（吞吐量为 100 req/s ，表示 每秒能处理100个请求）

### 3. 并发用户数 ###

指系统能同时处理的 并发用户请求数量。

在没有并发存在的系统中，请求被顺序执行，此时响应时间为吞吐量的倒数。例如系统支持的吞吐量为 100 req/s，那么平均响应时间应该为 0.01s。

目前的大型系统都支持多线程来处理并发请求，多线程能够提高吞吐量以及缩短响应时间，主要有两个原因：

*  **多 CPU**
 *  **IO 等待时间**

使用 IO 多路复用等方式，系统在等待一个 IO 操作完成的这段时间内不需要被阻塞，可以去处理其它请求。通过将这个等待时间利用起来，使得 **CPU 利用率**大大提高。

并发用户数 不是越高越好，因为如果并发用户数太高，系统来不及处理这么多的请求，会使得过多的请求 需要等待，那么响应时间就会大大提高。

## 1.2 性能优化 ##

### 1. 集群 ###

将多台服务器组成集群，使用负载均衡将请求转发到集群中，避免单一服务器的负载压力过大导致性能降低。

### 2. 缓存 ###

缓存能够提高性能的原因如下：

*  缓存数据通常位于内存等介质中，这种介质对于读操作特别快；
 *  缓存数据可以位于靠近用户的地理位置上；
 *  可以将计算结果进行缓存，从而避免重复计算。

### 3. 异步 ###

某些流程可以将操作转换为消息，**将 消息 发送到消息队列之后 立即返回**，之后这个操作会被异步处理。

--------------------

# 二、伸缩性 #

指不断向集群中添加服务器，来缓解不断上升的用户并发访问压力和不断增长的数据存储需求。

## 伸缩性与性能 ##

如果系统存在性能问题，那么单个用户的请求总是很慢的；

如果系统存在伸缩性问题，那么单个用户的请求可能会很快，但是在并发数很高的情况下系统会很慢。

## 实现伸缩性 ##

应用服务器 只要 不具有**状态**，那么就可以很容易地通过**负载均衡器**，向集群中 添加 新的服务器。

关系型数据库的伸缩性通过 **Sharding** 来实现，将数据按一定的规则分布到不同的节点上，从而解决单台存储服务器的存储空间限制。

对于非关系型数据库，它们天生就是为海量数据而诞生，对伸缩性的支持特别好。

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# 三、扩展性 #

指的是**添加新功能时**对现有系统的其它应用无影响，这就要求 不同应用具备低耦合的特点。

实现可扩展主要有两种方式：

*  使用消息队列进行**解耦**，应用之间通过消息传递进行通信；
 *  使用**分布式服务**将业务和可复用的服务分离开来，业务使用分布式服务框架调用可复用的服务。新增的产品可以通过调用可复用的服务来实现业务逻辑，对其它产品没有影响。

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# 四、可用性 #

## 冗余 ##

保证**高可用**的主要手段是**使用冗余**，当某个服务器故障时就请求其它服务器。

应用服务器的冗余比较容易实现，只要保证应用服务器不具有状态，那么某个应用服务器故障时，**负载均衡器**将该应用服务器原先的用户请求**转发到**另一个应用服务器上，不会对用户有任何影响。

存储服务器的冗余需要使用**主从复制**来实现，当主服务器故障时，需要**提升 从服务器 为 主服务器**，这个过程称为切换。

## 监控 ##

对 **CPU**、**内存**、**磁盘**、**网络**等系统负载信息进行监控，当某个信息达到一定阈值时通知运维人员，从而在系统发生故障之前及时发现问题。

## 服务降级 ##

服务降级是系统为了应对大量的请求，**主动关闭 部分功能**，从而**保证 核心功能可用**。

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# 五、安全性 #

要求系统在应对各种攻击手段时能够有可靠的应对措施。

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# 参考资料 #

*  大型网站技术架构：核心原理与案例分析

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