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【开发相关】设计高并发系统的思路

发表时间:2025-01-16 01:32:56 小编:主机乐-Yutio

前言

高并发系统的设计算是一个很热门的话题。面试也问,工作中也时不时会遇到。可是到底要如何设计,从哪里抓起,思路是什么?这篇文章做一个简单的梳理。

高并发要解决的问题

问题的关键是找到关键的问题,哈哈

高并发要解决的问题场景是什么?
高并发解决的是瞬时的大量请求场景,例如秒杀、热点直播等等。现在的互联网场景基本都要考虑一点这个场景,除非说你的产品请求量比较小。

高并发是从业务视角对系统处理能力的描述,其核心目标是在单位时间内支撑大量同时发生的请求。实现高并发可借助多种技术手段,包括分布式架构、缓存机制,也涵盖多线程、协程等并发编程方式。本质上,高并发的关键在于对有限资源的高效利用,以有限的系统资源应对海量请求的挑战。

分层思路

我的思路是从外到内,随着请求的流向进行思考和优化。

应用层

请求首先进入的就是我们的应用层,也是我们平常代码改动最频繁的地方,个人操作空间也是比较大。

异步处理与协程
在go语言中,异步与协程是相辅相成的。一般来讲,不重要的操作能异步处理的尽量异步处理,例如日志上报、埋点上报、发消息等等,一定程度上可以提升吞吐量。

预热
通过预热,让系统先热起来,为高并发流量做好准备。

一般预热有DB预热、缓存预热等等。还有一种方式是通过定时任务将一些数据定时拉到本地缓存起来,这样就不用刻意去管理缓存,系统复杂度会下降不少,响应速度上也能得到提高。

客户端层面其实也能进行预加载,例如抖音一次都是拉取10-20个视频地址,我们在看当前视频的时候,他已经悄咪咪的预加载后面几个视频流了,所以我们滑动起来感到特别顺畅,就是这个原因。

架构层

系统架构层面上设计是很关键的,设计的不合理,就很难抗住高并发的流量。

服务端架构层
服务端架构设计是应对高并发场景的核心,我们需要从多个维度构建可扩展、高可用的技术体系。

是时候表演真正的技术了。

架构分层与业务分割

  • 横向分层:将系统划分为应用层、服务层、数据层等,每层职责单一,通过层次间协作构建完整系统。应用层处理页面与用户交互,服务层封装核心业务,数据层负责存储与查询。

  • 纵向分割:按业务域拆分为独立模块,如用户、订单、商品等,实现高内聚低耦合,支持分布式部署与独立扩展。

应用与数据集群

  • 应用集群:通过 Nginx、SLB 等负载均衡技术,将流量分发至多台应用服务器,避免单点故障,提升系统吞吐能力。

  • 数据集群数据库采用主从架构,实现读写分离与数据冗余,既分担请求压力,又保障数据安全与可用性。

数据层扩展策略

  • 读写分离:主库处理写请求,多个从库承担读查询,适用于读多写少的典型互联网场景。

  • 分库分表:当单库性能或容量达到瓶颈时,对数据做水平或垂直拆分,提升系统整体TPS与存储能力。

  • 冷热分离:将活跃热数据与归档冷数据分开存储,优化资源使用与访问性能。

缓存抗量与多级设计

  • 引入 Redis、Memcached 等分布式缓存,减轻数据库直接压力,并需关注数据一致性问题, 这里会增加一点复杂度,缓存管理的不好容易出问题。

  • 构建“本地缓存 + 分布式缓存”多级体系,本地缓存应对极端热点数据,进一步提升响应速度与系统韧性。

异步化与削峰机制

  • 使用 Kafka消息队列,将同步请求转为异步消费,平滑流量峰值,增强系统对突发流量的处理能力。秒杀系统经常这么干。

业务隔离与容灾

  • 通过 SET 化部署实现业务单元隔离,按业务重要性或用户维度划分独立集群,防止局部故障扩散,保障核心业务链路的稳定性。

基础设施层

基础设施一般是指服务器部署方式。
可以采取的方式一般有:

  • 多地部署。这样一方面发生极端情况时还有其他机器可用(想想有一年阿里云新加坡一个机房着火了,我们服务全部都在这个可用区内,整整几天都没有办法提供服务...),另一方面,可以利用就近接入提升响应速度。

总结

本文总结了一些设计高并发系统的思路,其实秒杀系统的一些设计范式也可以拿过来直接复用,道理都是一样的。
以下是AI写的总结,ai写的就是好

面对高并发挑战,服务端架构设计需要在扩展性、性能与可用性之间取得平衡。核心思路可归结为“分、抗、兜、隔”四大策略:

  • “分”是基础:通过横向分层(如应用、服务、数据层)与纵向业务分割,将系统拆分为职责单一、可独立扩展的模块,为分布式部署奠定基础。

  • “抗”是关键:在数据库前引入多级缓存(本地+分布式)以抵御读流量洪峰;通过消息队列异步化处理,削峰填谷,平滑突发写请求。

  • “兜”是保障:任何单点都是潜在风险。应用与数据均需集群化部署,配合负载均衡与主从复制,实现高可用与故障自动转移。

  • “隔”是韧性:采用SET化等资源隔离方案,按业务或用户维度划分独立部署单元,避免局部故障引发系统雪崩,保障核心链路稳定。


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