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作者 | Kislay Verma
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譯者 | 崔皓
審校 | 云昭
開(kāi)篇
本文討論分布式系統(tǒng)如何對(duì)隨機(jī)故障進(jìn)行彈性處理，這個(gè)問(wèn)題非常重要，因?yàn)殡S著系統(tǒng)規(guī)模的增大，隨機(jī)故障會(huì)變得越來(lái)越普遍。
系統(tǒng)理論告訴我們，系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的部分越多，發(fā)生故障的可能性就越大。因此，要構(gòu)建一個(gè)彈性系統(tǒng)，我們需要減少這種相互關(guān)聯(lián)。否則就需要通過(guò) “臨時(shí)”切斷與故障點(diǎn)的連接來(lái)避免問(wèn)題的發(fā)生，從而保證不會(huì)因?yàn)樵摴收宵c(diǎn)而殃及其他節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。也就是我們通常所說(shuō)的，針對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行降級(jí)和熔斷。
圖 組件之間的關(guān)系
一般而言我們會(huì)基于如下假設(shè)：在分布式系統(tǒng)中的任意組件在任何時(shí)刻都有可能發(fā)生故障，并且需要定義出現(xiàn)故障的時(shí)候?qū)?yīng)的處理方式。
最后，我們需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建緩沖區(qū)——提供一些寬松的手段，也就是在不能完全消除對(duì)故障組件的依賴時(shí)，采取更加柔和方式處理意外情況。
PART 02
最小化組件間的依賴
分布式系統(tǒng)的組件通過(guò)相互通信的方式獲取數(shù)據(jù)和調(diào)用功能。基于這兩種情況，都可以通過(guò)將數(shù)據(jù)/功能推送到調(diào)用組件而不是通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)來(lái)獲得，從而降低組件之間的連接需求。
構(gòu)建大規(guī)模分布式系統(tǒng)迫使我們放棄標(biāo)準(zhǔn)軟件工程的許多“最佳實(shí)踐”。關(guān)鍵是，當(dāng)采用分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)的可擴(kuò)展性時(shí)，需要盡可能地控制組件的“分布”。以下幾個(gè)要點(diǎn)是需要關(guān)注的：
1、副本數(shù)據(jù)
如果經(jīng)常從一個(gè)組件訪問(wèn)某些數(shù)據(jù)，就可以復(fù)制該組件，而不必在運(yùn)行時(shí)檢索它。這種方式可以大大減少運(yùn)行對(duì)該組件的依賴，并降低訪問(wèn)組件的延遲。
對(duì)于經(jīng)常訪問(wèn)且有規(guī)律性變化的數(shù)據(jù)而言，可以通過(guò)臨時(shí)緩存并配合定期緩存刷新的方式來(lái)獲取他們。更改頻率更低或從不更改的數(shù)據(jù)（例如客戶姓名）可以直接存儲(chǔ)在組件中。不過(guò)當(dāng)這些數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，就需要做一些額外的工作對(duì)其進(jìn)行更新，不過(guò)這種小開(kāi)銷對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言是值得的，因?yàn)樘嵘讼到y(tǒng)的彈性。
2、非規(guī)范化數(shù)據(jù)
非規(guī)范化數(shù)據(jù)以一種特殊形式的副本存在于組件中。如果使用關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)在主實(shí)體中復(fù)制數(shù)據(jù)的方式來(lái)降低查看多個(gè)實(shí)體的成本。對(duì)于本地化分散數(shù)據(jù)從而獲得更好性能，也適用于此種方式。
3、組件庫(kù)
為了減輕組件的功能依賴性，可以將遠(yuǎn)程組件打包成組件庫(kù)，并將其嵌入到的需要調(diào)用該庫(kù)的組件中。這種方式并不是總是可行（存在跨語(yǔ)言調(diào)用，或者因?yàn)榻M件太大而不能打包成庫(kù)），因此會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題（例如：某個(gè)功能以來(lái)多個(gè)組件庫(kù)，一旦功能發(fā)生變化就需要對(duì)多個(gè)組件庫(kù)進(jìn)行升級(jí)）。話說(shuō)回來(lái)，如果功能很關(guān)鍵且被經(jīng)常訪問(wèn)，組件庫(kù)的方式就可以減少組件之間的鏈接，讓被依賴的組件庫(kù)成為調(diào)用組件的本地方法。
隔離錯(cuò)誤
錯(cuò)誤隔離的功能非常重要，原因有二。其一，是個(gè)別錯(cuò)誤在分布式系統(tǒng)中非常突出。（許多移動(dòng)部件的簡(jiǎn)單功能）。其二，是如果不能防止錯(cuò)誤通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式影響整個(gè)系統(tǒng)，那么就無(wú)法構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)。
錯(cuò)誤隔離的由 SLA（Service Level Agreement 服務(wù)保障協(xié)議）構(gòu)成。它針對(duì)每個(gè)組件聲明了質(zhì)量參數(shù)，在組件執(zhí)行過(guò)程時(shí)會(huì)參照這些參數(shù)。質(zhì)量參數(shù)包括：延遲、錯(cuò)誤率、并發(fā)性等。
當(dāng)一個(gè)組件調(diào)用進(jìn)行SLA設(shè)置的組件時(shí)，調(diào)用方會(huì)根據(jù)被調(diào)用方的SLA參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其目的是在調(diào)用失敗的時(shí)候可以采取對(duì)應(yīng)的處理措施。例如，調(diào)用方發(fā)現(xiàn)被調(diào)用方的錯(cuò)誤率到達(dá)了70%，就會(huì)延遲5s再調(diào)用該組件。
如果被調(diào)用方的組件檢測(cè)到無(wú)法維護(hù)自身的SLA，它可以先發(fā)制人地告訴其調(diào)用者后退并稍后再回來(lái)。即，一旦被調(diào)用方自己感覺(jué)不太好了，就告訴調(diào)用方你等下再來(lái)訪問(wèn)。
同時(shí)為了保持整體系統(tǒng)的健康，最好使用快速失敗的方式告知調(diào)用方，而不是在違反 SLA 的情況下讓調(diào)用方成功調(diào)用。需要注意的是，調(diào)用方和被調(diào)用方都必須進(jìn)行該設(shè)置。
保護(hù)調(diào)用者
超時(shí)：如果被調(diào)用的組件在其 SLA 設(shè)置范圍內(nèi)沒(méi)有響應(yīng)，調(diào)用者必須設(shè)置對(duì)應(yīng)的超時(shí)機(jī)制，或放棄又或者采用回退機(jī)制（即使拋出錯(cuò)誤），從而維護(hù)自己的 SLA 并防止一連串的 SLA 違規(guī)現(xiàn)象的發(fā)生。
重試：網(wǎng)絡(luò)不可靠性會(huì)引發(fā)分布式系統(tǒng)中的隨機(jī)錯(cuò)誤。假設(shè)在調(diào)用者自身的 SLA設(shè)置允許的情況下，可以進(jìn)行重試操作。重試操作的前提是被調(diào)用者需要支持操作的冪等性。即不論進(jìn)行多少次操作對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)的改變也只算做一次。
斷路器：如果調(diào)用連續(xù)失敗，調(diào)用者可以通過(guò)“打開(kāi)電路”的方式切斷連接并停止調(diào)用一段時(shí)間。由于調(diào)用者針對(duì)錯(cuò)誤場(chǎng)景有備份方案，從而可以節(jié)省調(diào)用者寶貴的資源，否者這些資源就會(huì)被浪費(fèi)掉。停止調(diào)用還可以減少被調(diào)用組件的負(fù)載，給其留有喘息的余地。
“斷路器庫(kù)”會(huì)對(duì)有問(wèn)題的組件進(jìn)行定期輪詢，并在其可能恢復(fù)性能時(shí)重新啟動(dòng)調(diào)用機(jī)制。
保護(hù)被調(diào)用者
隨機(jī)補(bǔ)償：雖然重試可以減少調(diào)用錯(cuò)誤發(fā)生的概率，但對(duì)于被頻繁調(diào)用的組件而言，出現(xiàn)小小的性能問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致調(diào)用者進(jìn)行重試操作。在調(diào)用者足夠多的情況下，就會(huì)形成 “重試風(fēng)暴”，其結(jié)果會(huì)造成負(fù)載峰值并不利于被調(diào)用者的恢復(fù)。為了防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)該設(shè)置隨機(jī)的重試時(shí)間間隔，使重試負(fù)載交錯(cuò)進(jìn)行。
背壓：如果一個(gè)組件檢測(cè)到自己承受過(guò)多的負(fù)載并且即將違反其 SLA，它可以搶先開(kāi)始丟棄新請(qǐng)求，直到其性能得到控制。這比接受它知道它不能在 SLA 內(nèi)提供服務(wù)或沒(méi)有完全崩潰風(fēng)險(xiǎn)的請(qǐng)求要好得多。
在系統(tǒng)中建立緩沖區(qū)
1、異步通信
可以通過(guò)消息總線之類的異步通信方式，調(diào)用遠(yuǎn)程組件而無(wú)需非常嚴(yán)格的 SLA 參數(shù)規(guī)則。消息總線種存放要訪問(wèn)被調(diào)用方的請(qǐng)求，被調(diào)用組件準(zhǔn)備好之后再處理這些請(qǐng)求，而不是立即處理請(qǐng)求，這樣系統(tǒng)就可以更加靈活地處理負(fù)載了。
2、彈性供應(yīng)
可擴(kuò)展性也可以通過(guò)利用硬件擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)。如果系統(tǒng)規(guī)模不斷增長(zhǎng)，就需要分配更多硬件資源滿足系統(tǒng)的需求。雖然這種擴(kuò)展方式需要考慮成本，并在我們能夠承受的范圍里實(shí)現(xiàn)，但它也為抵御不可預(yù)測(cè)負(fù)載提供了最后一道防線。
新聞名稱：如何構(gòu)建高可用的分布式系統(tǒng)？
標(biāo)題來(lái)源：http://www.dlmjj.cn/article/cdoeehp.html
