我与DeepSeek读《大型网站技术架构》（6）- 上

永无止境：网站的伸缩性架构

伸缩性定义与实现目标

网站的伸缩性指通过增减服务器数量灵活调整服务能力，而无需改变软硬件设计。核心目标是实现线性扩容，即新增服务器数量与系统处理能力成正比。

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两种基本伸缩设计手段

（1）物理分离功能实现伸缩

• 纵向分层：将系统按功能分层（如应用层、数据层），分离到不同服务器集群。
  • 例如：将数据库服务与应用程序服务器分离。
• 横向分业务：将不同业务模块（如用户系统、支付系统）部署到独立的服务器集群。
  • 例如：促销活动期间单独扩容订单处理子系统。

（2）单一功能集群伸缩

通过集群技术实现同功能服务器的横向扩展，典型策略包括：

• 负载均衡：采用反向代理（如Nginx）或负载均衡设备，均匀分配用户请求至集群中的服务器。
• 无状态设计：确保服务节点无本地会话数据（如使用分布式缓存存储Session），便于随时增减节点。

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应用服务器集群的伸缩性设计

应用服务器需设计为无状态（不存储请求上下文信息），确保集群内任意服务器处理请求的结果一致。这一特性使得用户请求可被动态分发到任意一台服务器，支撑集群线性扩容。

负载均衡服务器是实现伸缩性的核心装置，其功能包括：

• 请求分发：基于预设规则（如轮询、权重、响应时间）分配用户请求至集群节点。
• 集群感知：动态发现上线/下线服务器节点，实时调整流量分配策略。
• 高可用保障：通过心跳检测自动剔除故障节点，避免服务中断。

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HTTP重定向负载均衡

（1）实现原理

1. 用户访问域名后，DNS解析至负载均衡服务器。
2. 负载均衡服务器根据算法（如轮询、加权）生成实际物理服务器地址，返回HTTP 302重定向响应。
3. 浏览器自动重定向至目标应用服务器完成请求。

（2）优缺点

优点	缺点
实现简单，仅需HTTP协议支持	二次请求增加延迟，用户体验下降
逻辑透明，便于集成业务规则	重定向服务器可能成为单点故障

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DNS域名解析负载均衡

（1）实现原理

在DNS服务器中为同一域名配置多个A记录（如www.mysite.com映射至多个IP地址）。用户请求解析时，DNS根据负载均衡算法返回不同IP地址，实现对多台服务器的流量分配。

（2）优缺点

优点	缺点
天然分布式，避免单点故障	DNS缓存导致下线服务器仍需处理旧请求（延迟更新问题）
支持地理就近解析，提升用户访问速度	控制权在域名服务商，扩展性受限

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反向代理负载均衡

（1）实现原理

反向代理服务器（如Nginx）接收用户请求，按算法转发至后端真实服务器，同时缓存响应结果加速后续请求。Web服务器无需暴露真实IP（仅代理可见内部网络）。

（2）优缺点

优点	缺点
与反向代理功能集成，部署简单	所有请求/响应需经过代理，可能成为性能瓶颈
支持HTTP层精细控制（如缓存、SSL卸载）	处理性能低于底层（网络层/链路层）方案

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IP负载均衡

（1）实现原理

负载均衡服务器在内核层修改数据包目标IP地址（SNAT），将请求转发至真实服务器。响应需经负载均衡服务器返回，实现地址回写（源地址转换为负载均衡服务器IP）。

（2）优缺点

优点	缺点
内核态处理，性能高于应用层方案	双向流量均通过负载均衡服务器，网卡带宽成瓶颈
透明性高，后端服务器无需特殊配置	不适合大文件下载或视频流等高吞吐场景

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数据链路层负载均衡（直接路由DR模式）

（1）实现原理

• 负载均衡服务器仅修改数据帧的mac地址（不修改IP地址），将请求转发至真实服务器。
• Web服务器使用虚拟IP，响应直接通过网关返回用户，不经过负载均衡服务器。

（2）优缺点

优点	缺点
响应数据直返用户，负载均衡服务器无带宽压力	需统一虚拟IP，网络架构复杂度高
高性能，支持大规模并发和高吞吐量	需要服务器网卡支持混杂模式（Promiscuous Mode）

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负载均衡算法

（1）核心算法类型

算法	描述	适用场景
轮询（RR）	请求按顺序依次分发至各服务器，保证均衡	服务器硬件配置一致且负载类型单一的场景
加权轮询（WRR）	根据服务器性能预设权重，高性能服务器分配更多请求	服务器硬件性能差异较大的场景
随机（Random）	完全随机分配请求，简单且天然均衡	适合小规模集群和测试环境
最少连接（Least Conn）	优先分配请求至当前连接数最少的服务器	处理时间差异大的长连接服务（如WebSocket）
源地址散列（Hash）	根据用户IP计算哈希值，固定请求至特定服务器	需会话保持的场景（如购物车）

（2）算法对比

• 会话粘连：源地址散列可实现，其他算法需结合Session共享机制。
• 动态权重：加权轮询需手动调整权重，动态感知能力较弱；最少连接能实时响应负载变化。

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未完待续…