你好，我是好刚，在上一节介绍了网站架构的演化，了解网站从初始的小型网站开始，随着业务发展而不断迭代，最终发展成技术成熟，规模复杂的大型网站的演化过程。这一节继续介绍大型网站技术架构的第二章：网站架构的模式。
大型网站在解决高并发，海量数据和高可靠运行等问题时，提出了很多解决方法，这些方法在重复使用和验证后，最终形成了很多针对特定问题的解决方案，这就是网站架构模式。所谓模式，描述了重复发生的问题及该问题的解决方案。
学习架构模式就是了解这些技术问题并且掌握问题的解决思路，进而指导我们自己的架构设计。
在网站发展到一定阶段，网站功能日益复杂，内部代码依赖严重，会导致开发维护困难。同时因为用户量庞大，在访问高峰期，网站内部模块会有很多性能瓶颈。为了有一个清晰的逻辑结构便于开发维护，支持高并发访问，并且向分布式方向发展就需要对网站进行拆分。拆分分为两种，分层和分割。
1. 分层
第一个模式是分层，将网站系统横向维度切分，通过上层对下层的调用构成一个完整的系统。大型网站一般分为应用层，服务层，数据层。应用层负责具体业务逻辑处理和视图展示，服务层为应用层提供支持，数据层为服务层提供数据存储，通过各层依赖调用处理用户请求。
分层的优点是，庞大的系统拆分成不同模块，由不同团队负责，加快开发速度和质量；层次相对独立，只要接口不变就可以根据业务情况独立演化发展。
分层的挑战有，层次划分时需要合理规划层次边界和接口；开发中需要严格遵循分层依赖关系，通过上层调用下层，禁止跨层和逆向调用。
分层架构是逻辑上的拆分，各层可以部署在一台机器上，也可以随着网站发展，访问量增大时，分别部署到不同服务器上，提供更大的并发支持。
2. 分割
第二个模式是分割，纵向对网站进行切分，网站变大后，业务功能和服务种类变多，可以按功能或业务单元对网站业务进行分割，常见的例如：首页，列表页，详情页，由专门团队负责开发维护，代码部署在不同服务器上。分割后，每一个模块的业务复杂度减小，有助于软件开发和维护；不同模块分布式部署，可以使用更多服务器资源，提高网站并发处理能力。
分层和分割将网站系统拆分成不同模块，并且部署在不同机器上后，这就是分布式。
3. 分布式
分布式可以使用更多的计算机资源完成同一个功能，承载更大的并发访问量和数据量。
常见分布式方案：
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分布式应用和服务，将应用和服务拆分成独立模块，分布式部署，改善网站性能；模块由专门人员分工开发，加快网站开发速度；不同应用可以复用共同服务，方便业务扩展。
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分布式静态资源，将网站静态资源JS, CSS 独立部署，这样动静分离，减轻应用服务器负载压力；另外是使用独立缓存域名，针对静态资源配置更长的缓存过期时间，加快访问速度。
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分布式数据库，网站数据量达到单机存储极限时，需要将数据分布式存储；另外就是使用NoSQL，现在大部分NoSQL 存储系统具备分布式部署能力。
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分布式计算，如搜索引擎的索引构建，大数据分析，因为数据量巨大难以移动，所以主流的Hadoop 是将计算程序发送到数据所在位置进行分布式计算。
分布式也存在很多挑战有：
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分布式服务通过网络调用，会带来性能损耗；
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服务器规模大，宕机事件频发的同时要保证系统可用
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分布式事务实现困难，数据一致性难以有效保障；
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模块逐渐增多，相互调用会使依赖关系错综复杂，导致开发维护困难。
网站业务分布式部署后，网站整体性能得到提升，但是对于用户热点访问的模块，由于单机性能有限，也可能成为瓶颈，这时可以使用集群。
4. 集群
使用多台机器部署相同应用构成集群，用户请求通过负载均衡机制转发给集群内机器处理。
集群化的优点有：
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使系统具有伸缩性，在提升业务并发访问能力的同时，当有更多访问时，只需要添加机器就可以持续提高服务能力。
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另外就是可用性，当机器发生故障，因为集群内有多台机器提供相同服务，负载均衡设备就可以通过失效转移机制摘掉故障机器，不影响用户正常使用，提高系统的可用性。
继续介绍第5个架构模式：缓存。
5. 缓存
缓存是将数据放在距离使用最近的位置，以加快访问速度；同时因为缓存的数据不需要后端重新计算，也减轻后端应用和数据库访问压力。
大型网站常用的缓存设计有：
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首先是网络访问层的CDN 缓存，将数据放在网络服务商的节点上，用户请求到达网络服务商时直接返回；
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反向代理缓存，反向代理部署在网站架构的前端，负责转发请求给后端机器，如果请求命中缓存，数据直接返回给用户，加快响应的同时减轻后端机器的访问压力；
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本地缓存，应用服务器本地内存中的缓存，特点是访问速度快，但是受限于机器内存大小；
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分布式缓存，部署在专用的大内存服务器上，通过网络调用访问。缓存服务器组成缓存集群时，内存也将不再受限于单台机器。
但是使用缓存时对数据也有要求：
1，数据访问需要具有不均衡，一般只缓存热点数据；
2，数据要有一定有效期，过期时间不能太短，不然刚缓存的数据容易失效，产生脏数据。
6. 异步
第6个模式是异步，异步是指业务之间不同步调用，而是通过传递数据异步执行来进行协作。
数据传递使用消息队列实现，处在业务前端的程序将数据写入队列，后序程序从队列取出数据继续进行业务逻辑处理。
这种异步调用的方式，使系统具有很多特性：
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首先异步调用降低软件耦合度，只要共享数据的结构不变，彼此功能可以独立发展，方便网站扩展。
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提高系统可用性，后序消费进程出现故障时，业务生产者可以正常写入数据，对用户来说系统还是正常的，故障恢复后继续处理数据即可。
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加快网站响应速度，业务前端的程序将数据写入队列就可以返回，减少响应延迟，然后由后端程序处理复杂逻辑。
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消除并发访问高峰，促销和出现热点事件时，访问量突然增大，会导致服务器负载过高，影响网站性能，甚至宕机。使用异步模式，将访问请求放入队列，再由消费进程依次处理，对网站的压力就会变得平缓，减轻高并发访问冲击。
7. 冗余
我是好刚，我们继续介绍第7个架构模式：冗余。网站需要7*24 小时不间断运行，在服务器数量比较多时，机器故障成为必然事件。冗余模式是通过部署冗余机器和数据冗余备份，当一台服务器故障时，将其上的服务和数据转移到其他机器上继续提供服务，保证网站正常可用。
冗余的方案有：
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服务通过集群化部署，使用多台机器提供相同服务；
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数据库可以定期冷备归档数据，并且进行主从分离，实时同步实现热备。
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而为了抵御地震海啸等不可抗力，可以对整个机房的服务和数据进行异地多中心备份。
8. 自动化
第八个模式是自动化，最理想的自动化是在无人值守的情况下，一切都可以自动化完成，现在网站自动化主要体现在发布与运维方面。
代码发布过程中，如果手动操作，很难避免误操作导致的故障，发布过程自动化通过减少人为干预来减少发布故障。自动化发布包含的环节有：自动化测试，将代码提交测试环境，执行测试用例，并且生成测试报告；然后自动安全检测，执行代码安全扫描，部署到安全测试环境进行安全攻击测试；最后进行自动化部署，将代码部署到生产环境。
另外就是代码运行期间，也就是线上运维过程中，可能出现各种线上故障：服务器宕机，程序出现bug，存储不足，访问流量高峰等。运维需要做线上环境监控，监控服务器及应用程序各项性能指标。当指标超出设定阈值时自动报警；检测到故障时自动进行失效转移，隔离故障点；网站遇到流量高峰时，为保障整个网站的可用性，进行自动降级，关闭不太重要的服务；针对资源不足，必要时自动扩容，分配资源增加服务器数量，保证系统可用性。
9. 安全
第九个模式是安全，在互联网上，一个网站任何人都可以访问，这使网站面临巨大的安全挑战。
在安全架构方面，现在也有很多常用手段：
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使用手机或图片验证码验证用户身份，防止机器人攻击网站
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登录和交易操作时要对网络进行加密，防止网络被监听导致账户和交易信息泄露
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用户输入的数据要做XSS和SQL 注入过滤
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存储用户信息等敏感数据时，加密存储以防止明文被泄露，互联网已经爆出多起数据库文件泄露，导致账户密码以明文流出的事件，而这些流出的账户密码，又被拿来恶意地到其他网站撞库，影响极大。
对于安全，因为攻击手段不断更新，并且网站使用的技术也可能被发现存在安全问题，我们作为开发者要时刻关注安全信息，及时跟进解决，避免安全损失。
10. 小结
最后我们小结一下，本节介绍了网站架构的九种模式，分层，分割，分布式，集群，缓存，异步，冗余，自动化和安全。
这里架构模式描述了一个技术问题，以及解决该问题的方案。在具体应用时，相比解决方案我们更应该关注问题本身，只有深刻理解问题场景，系统限制和业务逻辑，才能灵活运用前人总结的方案，快速解决实际问题，提升我们的架构设计水平。相反，如果还没有搞清楚问题，就不恰当地生搬硬套方案，很可能解决不了老问题，还会带来更加棘手的新问题。
大型网站技术架构的第二章：网站架构的九种模式就先介绍到这里。对一个网站架构，你可能还想知道怎样评价设计得不好不好，下一节网站架构的5个要素，将为你提供一些思路。我是好刚，欢迎大家关注我的微信公众号：好刚编程，观看下一期的内容。
参考资料
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《大型网站技术架构:核心原理与案例分析》 李智慧
