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10 种分布式系统必备模式

MobotStone
2023-06-16 / 0 评论 / 0 点赞 / 81 阅读 / 3297 字

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在当今的技术领域中,分布式系统已成为许多大型应用程序和平台的核心。构建高性能、可伸缩和可靠的分布式系统是一个复杂的挑战,需要合理的架构设计和模式选择。本文将介绍10个必备的分布式系统模式,帮助您更好地理解和应用这些模式以提升系统的性能和稳定性。

1、代理人模式(Ambassador)

想象一下你是一位忙碌的企业管理者,拥有一位个人助理负责处理你的所有预约和沟通。

这正是"代理"(Ambassador)模式为我们的应用程序所做的。它充当我们的应用程序与其通信的服务之间的中间人,帮助处理诸如日志记录、监控或处理重试等任务。

例如,Kubernetes使用Envoy作为代理,简化了服务之间的通信。

"代理"模式有助于降低延迟、增强安全性,并改善分布式系统的整体架构。

2、断路器(Circuit Breaker)

想象一下,你家里的水管爆裂了。你首先要做的事情就是关闭主阀门,以防止进一步的损害。

“断路器”(Circuit Breaker)模式的工作方式类似,它可以防止分布式系统中的级联故障。当一个服务变得不可用时,断路器会停止请求,以便使其能够恢复。

Netflix 的 Hystrix 库就使用了这种模式,它确保了系统的更高弹性。

当处理微服务或基于云的应用程序时,这种模式尤其有用,因为故障的发生更加常见。

3、隔板模式(Bulkhead)

在软件架构中,“Bulkhead”(隔板)模式涉及将系统划分为独立的隔间或"防水舱",每个隔间包含一组资源或服务。通过隔离这些隔间,一个隔间中的故障或超载仅影响该隔间,不会传播到系统的其他部分。

这种模式在分布式系统中尤其有用,因为一个组件的故障或性能问题可能会影响其他组件。

4、命令查询责任分离(CQRS or Command Query Responsibility Segregation)

CQRS(Command Query Responsibility Segregation,命令查询责任分离)可以用一个餐厅的例子来解释,该餐厅通过将命令或写操作与查询或读操作分开,在点菜和取餐时有单独的排队通道。

我们可以独立地进行扩展和优化。一个电子商务平台可能对于产品列表有很高的读请求,但下订单的写请求较少。CQRS使得每个操作都能够高效处理。

这些模式在读写操作具有不同性能特点、具有不同延迟或资源需求的系统中尤其有价值。

5、事件溯源

将事件溯源(Event Sourcing)理解为保留实时事件日志的过程。我们不直接更新记录,而是存储代表变化的事件。

这种方法提供了系统的完整历史,使得审计和调试更加便捷。Git版本控制是事件溯源的一个很好的例子,每个提交都代表着一个变更。

6、Leader选举

想象一下,在一个分布式系统中,一间教室的学生们正在选举一位班级代表。

“领导者选举”(Leader election)模式确保只有一个节点负责特定的任务或资源。当领导者节点失效时,剩余的节点会选举新的领导者。

使用这种模式来管理分布式配置。通过指定一个领导者,我们可以避免冲突,并确保在整个分布式系统中进行一致的决策。

7、发布者/订阅者(Publisher/Subscriber)

“发布者/订阅者”(Publisher/Subscriber)模式就像报纸投递服务。发布者发出事件而不知道谁会接收,而订阅者监听他们感兴趣的事件。

这种模式可以实现更好的可扩展性和模块化。

复杂的应用程序中,发布者/订阅者系统非常适用于需要在多个组件之间传播更改或更新的场景。例如,在各个服务中更新用户的个人资料。

8、分片模式

“分片”(Sharding)就像将一张大披萨切成小片,使其更容易处理。这是一种将数据在系统中分布到多个节点的技术。

它提高了性能和可伸缩性。每个分片包含数据的一个子集,减轻了单个节点的负载。

像MongoDB和Cassandra这样的数据库使用分片来高效处理大量的数据。

分片还可以帮助我们实现更好的数据本地性,减少网络延迟,加快查询执行速度。

9、绞杀者模式(Strangler Pattern)

“绞杀者模式”(Strangler Pattern)受到了绞杀者榕树的启发,该树会在其他树木周围生长,并最终取而代之。在软件领域中,绞杀者模式是一种逐步用新实现替代传统系统的方法。

与冒险的"大爆炸式"迁移不同,我们可以逐步用新组件替换旧系统的部分。

这种方法可以帮助我们管理与系统迁移相关的风险和复杂性。

10、负载均衡(Load Balancing)

“负载均衡”(Load Balancing)将进入的网络流量分布到多个服务器上,以提高系统的性能、可伸缩性和可用性。

其目标是防止任何单个服务器过载,同时为用户提供流畅和可靠的服务。

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