最近在各个地方总是看到微服务、消息队列、Redis、K8s等词语，下面就对他们涉及的概念进行一个总体的介绍，具体的技术实现目前还未完全掌握，那就先从整体把握关系，更方便以后的深入学习。(参考知乎和CSDN资料)

全篇以电商服务千万级流量为例，穿插着其他介绍

1.微服务架构演化

    在互联网早期的时候，单体架构就足以支撑起日常的业务需求，大家的所有业务服务都在一个项目里，部署在一台物理机器上。所有的业务包括你的交易系统、会员信息、库存、商品等等都夹杂在一起，当流量一旦起来之后，单体架构的问题就暴露出来了，某个机器挂了，那所有的业务全部无法使用了。

于是，集群架构的架构开始出现，单机无法抗住的压力，最简单的办法就是水平拓展横向扩容了，这样，通过负载均衡把压力流量分摊到不同的机器上，暂时是解决了单点导致服务不可用的问题。

但是随着业务的发展，在一个项目里维护所有的业务场景使开发和代码维护变得越来越困难，一个简单的需求改动都需要发布整个服务，代码的合并冲突也会变得越来越频繁，同时线上故障出现的可能性越大。微服务的架构模式就诞生了。

把每个独立的业务拆分开独立部署，开发和维护的成本降低，集群能承受的压力也提高了，再也不会出现一个小小的改动点需要牵一发而动全身了。

以具体例子来说明

//start demo

最初的需求

小明和小皮一起创业做网上超市。小明负责程序开发，小皮负责其他事宜。他们的需求很简单，只需要一个网站挂在公网，用户能够在这个网站上浏览商品、购买商品；另外还需一个管理后台，可以管理商品、用户、以及订单数据。

网站：

• 用户注册、登录功能
• 商品展示
• 下单

管理后台：

• • 用户管理
  • 商品管理
  • 订单管理

管理后台出于安全考虑，不和网站做在一起，小明右手左手慢动作重播，管理网站也做好了。总体架构图如下：

小明买个服务器，云服务部署上去，网站就上线了。小明小皮美滋滋地开始躺着收钱。

随着业务发展……

在竞争的压力下，小明小皮决定开展一些营销手段：

• 开展促销活动。比如元旦全场打折，春节买二送一，情人节狗粮优惠券等等。
• 拓展渠道，新增移动端营销。除了网站外，还需要开发移动端APP，微信小程序等。
• 精准营销。利用历史数据对用户进行分析，提供个性化服务。
• ……

这些活动都需要程序开发的支持。小明拉了同学小红加入团队。小红负责数据分析以及移动端相关开发。小明负责促销活动相关功能的开发。

因为开发任务比较紧迫，小明小红没有好好规划整个系统的架构，随便拍了拍脑袋，决定把促销管理和数据分析放在管理后台里，微信和移动端APP另外搭建。通宵了几天后，新功能和新应用基本完工。这时架构图如下：

这一阶段存在很多不合理的地方：

• 网站和移动端应用有很多相同业务逻辑的重复代码。
• 数据有时候通过数据库共享，有时候通过接口调用传输。接口调用关系杂乱。

• 单个应用为了给其他应用提供接口，渐渐地越改越大，包含了很多本来就不属于它的逻辑。应用边界模糊，功能归属混乱。
• 管理后台在一开始的设计中保障级别较低。加入数据分析和促销管理相关功能后出现性能瓶颈，影响了其他应用。
• 数据库表结构被多个应用依赖，无法重构和优化。
• 所有应用都在一个数据库上操作，数据库出现性能瓶颈。特别是数据分析跑起来的时候，数据库性能急剧下降。
• 开发、测试、部署、维护愈发困难。即使只改动一个小功能，也需要整个应用一起发布。有时候发布会不小心带上了一些未经测试的代码，或者修改了一个功能后，另一个意想不到的地方出错了。为了减轻发布可能产生的问题的影响和线上业务停顿的影响，所有应用都要在凌晨三四点执行发布。发布后为了验证应用正常运行，还得盯到第二天白天的用户高峰期……

是时候做出改变了

幸好小明和小红是有追求有理想的好青年。意识到问题后，小明和小红从琐碎的业务需求中腾出了一部分精力，开始梳理整体架构，针对问题准备着手改造。

要做改造，首先你需要有足够的精力和资源。如果你的需求方（业务人员、项目经理、上司等）很强势地一心追求需求进度，以致于你无法挪出额外的精力和资源的话，那么你可能无法做任何事……

在编程的世界中，最重要的便是抽象能力。微服务改造的过程实际上也是个抽象的过程。小明和小红整理了网上超市的业务逻辑，抽象出公用的业务能力，做成几个公共服务：

• 用户服务
• 商品服务
• 促销服务
• 订单服务
• 数据分析服务

各个应用后台只需从这些服务获取所需的数据，从而删去了大量冗余的代码，就剩个轻薄的控制层和前端。这一阶段的架构如下：

这个阶段只是将服务分开了，数据库依然是共用的，所以一些烟囱式系统的缺点仍然存在：

1. 数据库成为性能瓶颈，并且有单点故障的风险。
2. 数据管理趋向混乱。即使一开始有良好的模块化设计，随着时间推移，总会有一个服务直接从数据库取另一个服务的数据的现象。
3. 数据库表结构可能被多个服务依赖，牵一发而动全身，很难调整。

如果一直保持共用数据库的模式，则整个架构会越来越僵化，失去了微服务架构的意义。因此小明和小红一鼓作气，把数据库也拆分了。所有持久化层相互隔离，由各个服务自己负责。另外，为了提高系统的实时性，加入了消息队列机制。架构如下：

完全拆分后各个服务可以采用异构的技术。比如数据分析服务可以使用数据仓库作为持久化层，以便于高效地做一些统计计算；商品服务和促销服务访问频率比较大，因此加入了缓存机制等。

还有一种抽象出公共逻辑的方法是把这些公共逻辑做成公共的框架库。这种方法可以减少服务调用的性能损耗。但是这种方法的管理成本非常高昂，很难保证所有应用版本的一致性。
数据库拆分也有一些问题和挑战：比如说跨库级联的需求，通过服务查询数据颗粒度的粗细问题等。但是这些问题可以通过合理的设计来解决。总体来说，数据库拆分是一个利大于弊的。

微服务架构还有一个技术外的好处，它使整个系统的分工更加明确，责任更加清晰，每个人专心负责为其他人提供更好的服务。在单体应用的时代，公共的业务功能经常没有明确的归属。最后要么各做各的，每个人都重新实现了一遍；要么是随机一个人（一般是能力比较强或者比较热心的人）做到他负责的应用里面。在后者的情况下，这个人在负责自己应用之外，还要额外负责给别人提供这些公共的功能——而这个功能本来是无人负责的，仅仅因为他能力较强/比较热心，就莫名地背锅（这种情况还被美其名曰能者多劳）。结果最后大家都不愿意提供公共的功能。长此以往，团队里的人渐渐变得各自为政，不再关心全局的架构设计。

然而……

没有银弹

//具体故障部分先略过。。。

......
 

服务注册于发现 - 动态扩容

前面的组件，都是旨在降低故障发生的可能性。然而故障总是会发生的，所以另一个需要研究的是如何降低故障产生的影响。

最粗暴的（也是最常用的）故障处理策略就是冗余。一般来说，一个服务都会部署多个实例，这样一来能够分担压力提高性能，二来即使一个实例挂了其他实例还能响应。

冗余的一个问题是使用几个冗余？这个问题在时间轴上并没有一个切确的答案。根据服务功能、时间段的不同，需要不同数量的实例。比如在平日里，可能4个实例已经够用；而在促销活动时，流量大增，可能需要40个实例。因此冗余数量并不是一个固定的值，而是根据需要实时调整的。

一般来说新增实例的操作为：

1. 部署新实例
2. 将新实例注册到负载均衡或DNS上

操作只有两步，但如果注册到负载均衡或DNS的操作为人工操作的话，那事情就不简单了。想想新增40个实例后，要手工输入40个IP的感觉……

解决这个问题的方案是服务自动注册与发现。首先，需要部署一个服务发现服务，它提供所有已注册服务的地址信息的服务。DNS也算是一种服务发现服务。然后各个应用服务在启动时自动将自己注册到服务发现服务上。并且应用服务启动后会实时（定期）从服务发现服务同步各个应用服务的地址列表到本地。服务发现服务也会定期检查应用服务的健康状态，去掉不健康的实例地址。这样新增实例时只需要部署新实例，实例下线时直接关停服务即可，服务发现会自动检查服务实例的增减。

服务发现还会跟客户端负载均衡配合使用。由于应用服务已经同步服务地址列表在本地了，所以访问微服务时，可以自己决定负载策略。甚至可以在服务注册时加入一些元数据（服务版本等信息），客户端负载则根据这些元数据进行流量控制，实现A/B测试、蓝绿发布等功能。

服务发现有很多组件可以选择，比如说Zookeeper 、Eureka、Consul、Etcd等。不过小明觉得自己水平不错，想炫技，于是基于Redis自己写了一个……

......

//end demo  链接

 

2. RPC

1.简介

• RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用，简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务

• 本地过程调用：如果需要将本地student对象的age+1，可以实现一个addAge()方法，将student对象传入，对年龄进行更新之后返回即可，本地方法调用的函数体通过函数指针来指定。
• 远程过程调用：上述操作的过程中，如果addAge()这个方法在服务端，执行函数的函数体在远程机器上，如何告诉机器需要调用这个方法呢？

步骤如下：

1. 首先客户端需要告诉服务器，需要调用的函数，这里函数和进程ID存在一个映射，客户端远程调用时，需要查一下函数，找到对应的ID，然后执行函数的代码。
2. 客户端需要把本地参数传给远程函数，本地调用的过程中，直接压栈即可，但是在远程调用过程中不再同一个内存里，无法直接传递函数的参数，因此需要客户端把参数转换成字节流，传给服务端，然后服务端将字节流转换成自身能读取的格式，是一个序列化和反序列化的过程。
3. 数据准备好了之后，如何进行传输？网络传输层需要把调用的ID和序列化后的参数传给服务端，然后把计算好的结果序列化传给客户端，因此TCP层即可完成上述过程，gRPC中采用的是HTTP2协议。

总结一下上述过程：

// Client端 
//    Student student = Call(ServerAddr, addAge, student)
1. 将这个调用映射为Call ID。
2. 将Call ID，student（params）序列化，以二进制形式打包
3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr，这需要使用网络传输层
4. 等待服务器返回结果
5. 如果服务器调用成功，那么就将结果反序列化，并赋给student，年龄更新

// Server端
1. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map，可以用Map<String, Method> callIdMap
2. 等待服务端请求
3. 得到一个请求后，将其数据包反序列化，得到Call ID
4. 通过在callIdMap中查找，得到相应的函数指针
5. 将student（params）反序列化后，在本地调用addAge()函数，得到结果
6. 将student结果序列化后通过网络返回给Client

在微服务的设计中，一个服务A如果访问另一个Module下的服务B，可以采用HTTP REST传输数据，并在两个服务之间进行序列化和反序列化操作，服务B把执行结果返回过来。

由于HTTP在应用层中完成，整个通信的代价较高，远程过程调用中直接基于TCP进行远程调用，数据传输在传输层TCP层完成，更适合对效率要求比较高的场景，RPC主要依赖于客户端和服务端之间建立Socket链接进行，底层实现比REST更复杂。

2. rpc demo

客户端

public class RPCClient<T> {
    public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {
        // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理，在动态代理中实现接口的远程调用
        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        Socket socket = null;
                        ObjectOutputStream output = null;
                        ObjectInputStream input = null;
                        try{
                            // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者
                            socket = new Socket();
                            socket.connect(addr);

                            // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
                            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());
                            output.writeUTF(method.getName());
                            output.writeObject(method.getParameterTypes());
                            output.writeObject(args);

                            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回
                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                            return input.readObject();
                        }finally {
                            if (socket != null){
                                socket.close();
                            }
                            if (output != null){
                                output.close();
                            }
                            if (input != null){
                                input.close();
                            }
                        }
                    }
                });
    }
}

服务端：

public class ServiceCenter implements Server {

    private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

    private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();

    private static boolean isRunning = false;

    private static int port;


    public ServiceCenter(int port){
        ServiceCenter.port = port;
    }


    @Override
    public void start() throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket();
        server.bind(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("Server Start .....");
        try{
            while(true){
                executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));
            }
        }finally {
            server.close();
        }
    }

    @Override
    public void register(Class serviceInterface, Class impl) {
        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
    }

    @Override
    public boolean isRunning() {
        return isRunning;
    }

    @Override
    public int getPort() {
        return port;
    }

    @Override
    public void stop() {
        isRunning = false;
        executor.shutdown();
    }
   private static class ServiceTask implements Runnable {
        Socket client = null;

        public ServiceTask(Socket client) {
            this.client = client;
        }

        @Override
        public void run() {
            ObjectInputStream input = null;
            ObjectOutputStream output = null;
            try{
                input = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
                String serviceName = input.readUTF();
                String methodName = input.readUTF();
                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
                Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
                Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                if(serviceClass == null){
                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + "not found!");
                }
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);

                output = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());
                output.writeObject(result);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                if(output!=null){
                    try{
                        output.close();
                    }catch (IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (input != null) {
                    try {
                        input.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (client != null) {
                    try {
                        client.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

public class ServiceProducerImpl implements ServiceProducer{
    @Override
    public String sendData(String data) {
        return "I am service producer!!!, the data is "+ data;
    }
}

public class RPCTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);
                    serviceServer.register(ServiceProducer.class, ServiceProducerImpl.class);
                    serviceServer.start();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        ServiceProducer service = RPCClient.getRemoteProxyObj(ServiceProducer.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
        System.out.println(service.sendData("test"));
    }
}

源码  参考这里

上述例子参考自简书

 

2.Dubbo工作原理

1. 服务启动的时候，provider和consumer根据配置信息，连接到注册中心register，分别向注册中心注册和订阅服务

2. register根据服务订阅关系，返回provider信息到consumer，同时consumer会把provider信息缓存到本地。如果信息有变更，consumer会收到来自register的推送

3. consumer生成代理对象，同时根据负载均衡策略，选择一台provider，同时定时向monitor记录接口的调用次数和时间信息

4. 拿到代理对象之后，consumer通过代理对象发起接口调用

5. provider收到请求后对数据进行反序列化，然后通过代理调用具体的接口实现

Dubbo负载均衡策略

1. 加权随机：假设我们有一组服务器 servers = [A, B, C]，他们对应的权重为 weights = [5, 3, 2]，权重总和为10。现在把这些权重值平铺在一维坐标值上，[0, 5) 区间属于服务器 A，[5, 8) 区间属于服务器 B，[8, 10) 区间属于服务器 C。接下来通过随机数生成器生成一个范围在 [0, 10) 之间的随机数，然后计算这个随机数会落到哪个区间上就可以了。

2. 最小活跃数：每个服务提供者对应一个活跃数 active，初始情况下，所有服务提供者活跃数均为0。每收到一个请求，活跃数加1，完成请求后则将活跃数减1。在服务运行一段时间后，性能好的服务提供者处理请求的速度更快，因此活跃数下降的也越快，此时这样的服务提供者能够优先获取到新的服务请求。

3. 一致性hash：通过hash算法，把provider的invoke和随机节点生成hash，并将这个 hash 投射到 [0, 2^32 - 1] 的圆环上，查询的时候根据key进行md5然后进行hash，得到第一个节点的值大于等于当前hash的invoker。

4. 加权轮询：比如服务器 A、B、C 权重比为 5:2:1，那么在8次请求中，服务器 A 将收到其中的5次请求，服务器 B 会收到其中的2次请求，服务器 C 则收到其中的1次请求。

集群容错

1. Failover Cluster失败自动切换：dubbo的默认容错方案，当调用失败时自动切换到其他可用的节点，具体的重试次数和间隔时间可用通过引用服务的时候配置，默认重试次数为1也就是只调用一次。

2. Failback Cluster快速失败：在调用失败，记录日志和调用信息，然后返回空结果给consumer，并且通过定时任务每隔5秒对失败的调用进行重试

3. Failfast Cluster失败自动恢复：只会调用一次，失败后立刻抛出异常

4. Failsafe Cluster失败安全：调用出现异常，记录日志不抛出，返回空结果

5. Forking Cluster并行调用多个服务提供者：通过线程池创建多个线程，并发调用多个provider，结果保存到阻塞队列，只要有一个provider成功返回了结果，就会立刻返回结果

6. Broadcast Cluster广播模式：逐个调用每个provider，如果其中一台报错，在循环调用结束后，抛出异常。

3. 消息队列

我们可以把消息队列比作是一个存放消息的容器，当我们需要使用消息的时候可以取出消息供自己使用。消息队列是分布式系统中重要的组件，使用消息队列主要是为了通过异步处理提高系统性能和削峰、降低系统耦合性。目前使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，Kafka，RocketMQ，我们后面会一一对比这些消息队列。

另外，我们知道队列 Queue 是一种先进先出的数据结构，所以消费消息时也是按照顺序来消费的。比如生产者发送消息1,2,3...对于消费者就会按照1,2,3...的顺序来消费。但是偶尔也会出现消息被消费的顺序不对的情况，比如某个消息消费失败又或者一个 queue 多个consumer 也会导致消息被消费的顺序不对，我们一定要保证消息被消费的顺序正确。

除了上面说的消息消费顺序的问题，使用消息队列，我们还要考虑如何保证消息不被重复消费？如何保证消息的可靠性传输（如何处理消息丢失的问题）？......等等问题。所以说使用消息队列也不是十全十美的，使用它也会让系统可用性降低、复杂度提高，另外需要我们保障一致性等问题。

消息队列主要有两点好处：1.通过异步处理提高系统性能（削峰、减少响应所需时间）;2.降低系统耦合性。

(1) 通过异步处理提高系统性能（削峰、减少响应所需时间）

如上图，在不使用消息队列服务器的时候，用户的请求数据直接写入数据库，在高并发的情况下数据库压力剧增，使得响应速度变慢。但是在使用消息队列之后，用户的请求数据发送给消息队列之后立即返回，再由消息队列的消费者进程从消息队列中获取数据，异步写入数据库。由于消息队列服务器处理速度快于数据库（消息队列也比数据库有更好的伸缩性），因此响应速度得到大幅改善。

通过以上分析我们可以得出消息队列具有很好的削峰作用的功能——即通过异步处理，将短时间高并发产生的事务消息存储在消息队列中，从而削平高峰期的并发事务。 举例：在电子商务一些秒杀、促销活动中，合理使用消息队列可以有效抵御促销活动刚开始大量订单涌入对系统的冲击。如下图所示：

因为用户请求数据写入消息队列之后就立即返回给用户了，但是请求数据在后续的业务校验、写数据库等操作中可能失败。因此使用消息队列进行异步处理之后，需要适当修改业务流程进行配合，比如用户在提交订单之后，订单数据写入消息队列，不能立即返回用户订单提交成功，需要在消息队列的订单消费者进程真正处理完该订单之后，甚至出库后，再通过电子邮件或短信通知用户订单成功，以免交易纠纷。这就类似我们平时手机订火车票和电影票。

(2) 降低系统耦合性

我们知道如果模块之间不存在直接调用，那么新增模块或者修改模块就对其他模块影响较小，这样系统的可扩展性无疑更好一些。

我们最常见的事件驱动架构类似生产者消费者模式，在大型网站中通常用利用消息队列实现事件驱动结构。如下图所示：

消息队列使利用发布-订阅模式工作，消息发送者（生产者）发布消息，一个或多个消息接受者（消费者）订阅消息。 从上图可以看到消息发送者（生产者）和消息接受者（消费者）之间没有直接耦合，消息发送者将消息发送至分布式消息队列即结束对消息的处理，消息接受者从分布式消息队列获取该消息后进行后续处理，并不需要知道该消息从何而来。对新增业务，只要对该类消息感兴趣，即可订阅该消息，对原有系统和业务没有任何影响，从而实现网站业务的可扩展性设计。

消息接受者对消息进行过滤、处理、包装后，构造成一个新的消息类型，将消息继续发送出去，等待其他消息接受者订阅该消息。因此基于事件（消息对象）驱动的业务架构可以是一系列流程。

另外为了避免消息队列服务器宕机造成消息丢失，会将成功发送到消息队列的消息存储在消息生产者服务器上，等消息真正被消费者服务器处理后才删除消息。在消息队列服务器宕机后，生产者服务器会选择分布式消息队列服务器集群中的其他服务器发布消息。

备注： 不要认为消息队列只能利用发布-订阅模式工作，只不过在解耦这个特定业务环境下是使用发布-订阅模式的。除了发布-订阅模式，还有点对点订阅模式（一个消息只有一个消费者），我们比较常用的是发布-订阅模式。 另外，这两种消息模型是 JMS 提供的，AMQP 协议还提供了 5 种消息模型。

上述例子链接

//end介绍

 

对于MQ的作用大家都应该很了解了，削峰填谷、解耦。依赖消息队列，同步转异步的方式，可以降低微服务之间的耦合。

对于一些不需要同步执行的接口，可以通过引入消息队列的方式异步执行以提高接口响应时间。在交易完成之后需要扣库存，然后可能需要给会员发放积分，本质上，发积分的动作应该属于履约服务，对实时性的要求也不高，我们只要保证最终一致性也就是能履约成功就行了。对于这种同类性质的请求就可以走MQ异步，也就提高了系统抗压能力了。

对于消息队列而言，怎么在使用的时候保证消息的可靠性、不丢失？

消息可靠性

消息丢失可能发生在生产者发送消息、MQ本身丢失消息、消费者丢失消息3个方面。

生产者丢失

生产者丢失消息的可能点在于程序发送失败抛异常了没有重试处理，或者发送的过程成功但是过程中网络闪断MQ没收到，消息就丢失了。

由于同步发送的一般不会出现这样使用方式，所以我们就不考虑同步发送的问题，我们基于异步发送的场景来说。

异步发送分为两个方式：异步有回调和异步无回调，无回调的方式，生产者发送完后不管结果可能就会造成消息丢失，而通过异步发送+回调通知+本地消息表的形式我们就可以做出一个解决方案。以下单的场景举例。

1. 下单后先保存本地数据和MQ消息表，这时候消息的状态是发送中，如果本地事务失败，那么下单失败，事务回滚。

2. 下单成功，直接返回客户端成功，异步发送MQ消息

3. MQ回调通知消息发送结果，对应更新数据库MQ发送状态

4. JOB轮询超过一定时间（时间根据业务配置）还未发送成功的消息去重试

5. 在监控平台配置或者JOB程序处理超过一定次数一直发送不成功的消息，告警，人工介入。

一般而言，对于大部分场景来说异步回调的形式就可以了，只有那种需要完全保证不能丢失消息的场景我们做一套完整的解决方案。

MQ丢失

如果生产者保证消息发送到MQ，而MQ收到消息后还在内存中，这时候宕机了又没来得及同步给从节点，就有可能导致消息丢失。

比如RocketMQ：

RocketMQ分为同步刷盘和异步刷盘两种方式，默认的是异步刷盘，就有可能导致消息还未刷到硬盘上就丢失了，可以通过设置为同步刷盘的方式来保证消息可靠性，这样即使MQ挂了，恢复的时候也可以从磁盘中去恢复消息。

比如Kafka也可以通过配置做到：

acks=all 只有参与复制的所有节点全部收到消息，才返回生产者成功。这样的话除非所有的节点都挂了，消息才会丢失。
replication.factor=N,设置大于1的数，这会要求每个partion至少有2个副本
min.insync.replicas=N，设置大于1的数，这会要求leader至少感知到一个follower还保持着连接
retries=N，设置一个非常大的值，让生产者发送失败一直重试

虽然我们可以通过配置的方式来达到MQ本身高可用的目的，但是都对性能有损耗，怎样配置需要根据业务做出权衡。

消费者丢失

消费者丢失消息的场景：消费者刚收到消息，此时服务器宕机，MQ认为消费者已经消费，不会重复发送消息，消息丢失。

RocketMQ默认是需要消费者回复ack确认，而kafka需要手动开启配置关闭自动offset。

消费方不返回ack确认，重发的机制根据MQ类型的不同发送时间间隔、次数都不尽相同，如果重试超过次数之后会进入死信队列，需要手工来处理了。（Kafka没有这些）

消息的最终一致性

事务消息可以达到分布式事务的最终一致性，事务消息就是MQ提供的类似XA的分布式事务能力。

半事务消息就是MQ收到了生产者的消息，但是没有收到二次确认，不能投递的消息。

实现原理如下：

1. 生产者先发送一条半事务消息到MQ

2. MQ收到消息后返回ack确认

3. 生产者开始执行本地事务

4. 如果事务执行成功发送commit到MQ，失败发送rollback

5. 如果MQ长时间未收到生产者的二次确认commit或者rollback，MQ对生产者发起消息回查

6. 生产者查询事务执行最终状态

7. 根据查询事务状态再次提交二次确认

最终，如果MQ收到二次确认commit，就可以把消息投递给消费者，反之如果是rollback，消息会保存下来并且在3天后被删除。

4. 数据库

对于整个系统而言，最终所有的流量的查询和写入都落在数据库上，数据库是支撑系统高并发能力的核心。怎么降低数据库的压力，提升数据库的性能是支撑高并发的基石。主要的方式就是通过读写分离和分库分表来解决这个问题。

对于整个系统而言，流量应该是一个漏斗的形式。比如我们的日活用户DAU有20万，实际可能每天来到提单页的用户只有3万QPS，最终转化到下单支付成功的QPS只有1万。那么对于系统来说读是大于写的，这时候可以通过读写分离的方式来降低数据库的压力。

读写分离也就相当于数据库集群的方式降低了单节点的压力。而面对数据的急剧增长，原来的单库单表的存储方式已经无法支撑整个业务的发展，这时候就需要对数据库进行分库分表了。针对微服务而言垂直的分库本身已经是做过的，剩下大部分都是分表的方案了。

水平分表

首先根据业务场景来决定使用什么字段作为分表字段(sharding_key)，比如我们现在日订单1000万，我们大部分的场景来源于C端，我们可以用user_id作为sharding_key，数据查询支持到最近3个月的订单，超过3个月的做归档处理，那么3个月的数据量就是9亿，可以分1024张表，那么每张表的数据大概就在100万左右。

比如用户id为100，那我们都经过hash(100)，然后对1024取模，就可以落到对应的表上了。

分表后的ID唯一性

因为我们主键默认都是自增的，那么分表之后的主键在不同表就肯定会有冲突了。有几个办法考虑：

1. 设定步长，比如1-1024张表我们分别设定1-1024的基础步长，这样主键落到不同的表就不会冲突了。

2. 分布式ID，自己实现一套分布式ID生成算法或者使用开源的比如雪花算法这种

3. 分表后不使用主键作为查询依据，而是每张表单独新增一个字段作为唯一主键使用，比如订单表订单号是唯一的，不管最终落在哪张表都基于订单号作为查询依据，更新也一样。

主从同步原理

1. master提交完事务后，写入binlog

2. slave连接到master，获取binlog

3. master创建dump线程，推送binglog到slave

4. slave启动一个IO线程读取同步过来的master的binlog，记录到relay log中继日志中

5. slave再开启一个sql线程读取relay log事件并在slave执行，完成同步

6. slave记录自己的binglog

由于mysql默认的复制方式是异步的，主库把日志发送给从库后不关心从库是否已经处理，这样会产生一个问题就是假设主库挂了，从库处理失败了，这时候从库升为主库后，日志就丢失了。由此产生两个概念。

全同步复制

主库写入binlog后强制同步日志到从库，所有的从库都执行完成后才返回给客户端，但是很显然这个方式的话性能会受到严重影响。

半同步复制

和全同步不同的是，半同步复制的逻辑是这样，从库写入日志成功后返回ACK确认给主库，主库收到至少一个从库的确认就认为写操作完成。

5.缓存

缓存作为高性能的代表，在某些特殊业务可能承担90%以上的热点流量。对于一些活动比如秒杀这种并发QPS可能几十万的场景，引入缓存事先预热可以大幅降低对数据库的压力，10万的QPS对于单机的数据库来说可能就挂了，但是对于如redis这样的缓存来说就完全不是问题。

以秒杀系统举例，活动预热商品信息可以提前缓存提供查询服务，活动库存数据可以提前缓存，下单流程可以完全走缓存扣减，秒杀结束后再异步写入数据库，数据库承担的压力就小的太多了。当然，引入缓存之后就还要考虑缓存击穿、雪崩、热点一系列的问题了。

热key问题

所谓热key问题就是，突然有几十万的请求去访问redis上的某个特定key，那么这样会造成流量过于集中，达到物理网卡上限，从而导致这台redis的服务器宕机引发雪崩。

针对热key的解决方案：

1. 提前把热key打散到不同的服务器，降低压力

2. 加入二级缓存，提前加载热key数据到内存中，如果redis宕机，走内存查询

缓存击穿

缓存击穿的概念就是单个key并发访问过高，过期时导致所有请求直接打到db上，这个和热key的问题比较类似，只是说的点在于过期导致请求全部打到DB上而已。

解决方案：

1. 加锁更新，比如请求查询A，发现缓存中没有，对A这个key加锁，同时去数据库查询数据，写入缓存，再返回给用户，这样后面的请求就可以从缓存中拿到数据了。

2. 将过期时间组合写在value中，通过异步的方式不断的刷新过期时间，防止此类现象。

缓存穿透

缓存穿透是指查询不存在缓存中的数据，每次请求都会打到DB，就像缓存不存在一样。

针对这个问题，加一层布隆过滤器。布隆过滤器的原理是在你存入数据的时候，会通过散列函数将它映射为一个位数组中的K个点，同时把他们置为1。

这样当用户再次来查询A，而A在布隆过滤器值为0，直接返回，就不会产生击穿请求打到DB了。

显然，使用布隆过滤器之后会有一个问题就是误判，因为它本身是一个数组，可能会有多个值落到同一个位置，那么理论上来说只要我们的数组长度够长，误判的概率就会越低，这种问题就根据实际情况来就好了。

缓存雪崩

当某一时刻发生大规模的缓存失效的情况，比如你的缓存服务宕机了，会有大量的请求进来直接打到DB上，这样可能导致整个系统的崩溃，称为雪崩。雪崩和击穿、热key的问题不太一样的是，他是指大规模的缓存都过期失效了。

针对雪崩几个解决方案：

1. 针对不同key设置不同的过期时间，避免同时过期

2. 限流，如果redis宕机，可以限流，避免同时刻大量请求打崩DB

3. 二级缓存，同热key的方案。

6.稳定性

熔断

比如营销服务挂了或者接口大量超时的异常情况，不能影响下单的主链路，涉及到积分的扣减一些操作可以在事后做补救。

限流

对突发如大促秒杀类的高并发，如果一些接口不做限流处理，可能直接就把服务打挂了，针对每个接口的压测性能的评估做出合适的限流尤为重要。

降级

熔断之后实际上可以说就是降级的一种，以熔断的举例来说营销接口熔断之后降级方案就是短时间内不再调用营销的服务，等到营销恢复之后再调用。

预案

一般来说，就算是有统一配置中心，在业务的高峰期也是不允许做出任何的变更的，但是通过配置合理的预案可以在紧急的时候做一些修改。

核对

针对各种分布式系统产生的分布式事务一致性或者受到攻击导致的数据异常，非常需要核对平台来做最后的兜底的数据验证。比如下游支付系统和订单系统的金额做核对是否正确，如果收到中间人攻击落库的数据是否保证正确性。

总结

其实可以看到，怎么设计高并发系统这个问题本身他是不难的，无非是基于你知道的知识点，从物理硬件层面到软件的架构、代码层面的优化，使用什么中间件来不断提高系统的抗压能力。

但是这个问题本身会带来更多的问题，微服务本身的拆分带来了分布式事务的问题，http、RPC框架的使用带来了通信效率、路由、容错的问题，MQ的引入带来了消息丢失、积压、事务消息、顺序消息的问题，缓存的引入又会带来一致性、雪崩、击穿的问题，数据库的读写分离、分库分表又会带来主从同步延迟、分布式ID、事务一致性的问题，而为了解决这些问题我们又要不断的加入各种措施熔断、限流、降级、离线核对、预案处理等等来防止和追溯这些问题。

微服务不是架构演变的终点。往细走还有Serverless、FaaS等方向。另一方面也有人在唱合久必分分久必合，重新发现单体架构……