初识 Redis & 浅谈分布式

一.认识 Redis

在 Redis 官网我们可以看到介绍

翻译过来就是：数以百万计的开发人员用作缓存、矢量数据库、文档数据库、流引擎和消息代理的内存数据存储。

存储数据：在内存中存储。那我们可以想到定义变量也是在内存中存储数据的，但是 Redis 是在分布式系统中才能发挥力量的，如果只是单机程序，直接通过变量存储数据的方式，是比使用 Redis 更优的选择。我们知道进程之间有隔离性，进程之间通过网络进行通信，Redis 就是基于网络，可以把自己内存中的变量给别的进程，甚至别的主机的进程进行使用。
数据库：一谈及数据库我们可以想到 MySQL，MySQL 最大的问题在于，访问速度比较慢，很多互联网产品中，对于性能要求是很高。Redis 也可以作为数据库使用，访问速度快！！定性的角度，可以知道 Redis 快很多，但是很难定量衡量。Redis 和 MySQL 相比，最大的劣势，存储空间是有限的。虽然有不少的互联网产品，对于性能要求比较高的，但是也有很多互联网产品对于性能要求没那么高。那如何内存又大访问速度又快呢？？典型的方案，可以把 Redis 和 MySQL 结合起来使用。"二八原则"，20%的热点数据，能满足 80% 的访问需求，于是把 20% 的数据存储到 Redis 中，80% 的数据存储到MySQL 中，但是系统的复杂程度大大提升了，而且，如果数据发生修改，还涉及到 Redis 和 MySQL 之间的数据同步问题。

二.浅谈分布式

单机架构

只有一台服务器，这个服务器负责所有的工作

应用程序中保存了我们个人编辑的代码写的那些 HTTP 服务器，数据库服务就是我们的数据库，例如 MySQL等，MySQL 是一个客户端服务器结构的程序！！本体是 MySQL 服务器(存储和组织数据的部分)。当我们用户发送一个请求之后，经过应用服务发送HTTP 请求，HTTP 请求转成增删改查等动作转发给数据库，数据库再进行操作。

单机程序中,能不能把数据库服务器也去掉，光一个应用服务器又负责业务，又负责数据存储？(也不是不可以，但是就是会比较麻烦)

千万不要瞧不上这个东西，绝大部分的公司的产品都是这种单机架构！！现在计算机硬件，发展速度非常之快，哪怕只有一台主机，这一台主机的性能也是很高的，可以支持非常高的并发&非常大的数据存储

如果业务进一步增长，用户量和数据量都水涨船高，一台主机难以应付的时候，就需要引入更多的主机引入更多的硬件资源

分布式是什么

一台主机的硬件资源是有上限的

包括不限于以下几种

CPU
内存
硬盘
网络
...

服务器每次收到一个请求，都是需要消耗上述的一些资源的

如果同一时刻，处理的请求多了，此时就可能会导致某个硬件资源，不够用了！！无论是哪个方面不够用了，都可能会导致服务器处理请求的时间变长甚至于处理出错

如果我们真的遇到了这样的服务器不够用的场景，怎么处理呢?

开源：简单粗暴，增加更多的硬件资源
节流：软件上优化(各凭本事了，需要通过性能测试，找到是哪个环节出现了瓶颈，再去对症下药)

一个主机上面能增加的硬件资源也是有限的，取决于主板的扩展能力。一台主机扩展到极限了，但是还不够就只能引入多台主机了。不是说新的机器买来就直接可以解决问题了，也需要软件上做出对应的调整和适配，一旦引入多台主机了，咱们的系统就可以称为是 "分布式系统"。引入分布式，这是万不得已，系统的复杂程度会大大提高，出现bug的概率也越高。

数据库分离和负载均衡

应用服务器，里面可能会包含很多的业务逻辑，可能会吃 CPU 和内存.
数据库服务器，需要更大的硬盘空间，更快的数据访问速度，可以配置更大硬盘的服务器，甚至还可以上 SSD(固态) 硬盘

1.机械硬盘，便宜，慢；2.固态硬盘，贵，快

通过上面的操作就达到更高的性价比了

应用服务器可能会比较吃 CPU 和内存，如果把 CPU 或者内存吃没了，此时应用服务器就顶不住了

引入更多的应用服务器，就可以有效解决上述问题

看起来是两个应用服务器，实际上可能是多个。

用户的请求，先到达负载均衡器/网关服务器(单独的服务器)

假设有 1w 个用户请求，有 2 个应用服务器：此时按照负载均衡的方式，就可以让每个应用服务器承担 5k 的访问量

负载均衡：就像公司的一个组的领导一样，要负责管理，要负责把任务分配给每个组员(对于负载均衡器来说，有很多的负载均衡具体的算法)

理解负载均衡

负载均衡器，看起来不是承担了所有的请求嘛？这个东西能顶住嘛？？

负载均衡器，对于请求量的承担能力，要远超过应用服务器的.

负载均衡器，是领导，分配工作.
应用服务器，是组员，执行任务.

是否可能会出现，请求量大到负载均衡器也扛不住了呢？？也是有可能的！！

于是就可以引入更多的负载均衡器(引入多个机房)

数据库读写分离

如上面讨论，增加应用服务器，确实能够处理更高的请求量，但是随之存储服务器，要承担的请求量也就更多了！！

对数据库进行读写分离

在实际的应用场景中，读的频率是比写要高的

所以主服务器一般是一个，从服务器可以有多个(一主多从)

同时从数据库通过负载均衡的方式，让应用服务器进行访问

引入缓存

数据库天然有个问题，响应速度是更慢的

把数据区分"冷热"，热点数据放到缓存中，缓存的访问速度往往比数据库要快很多了

缓存只是放一小部分热点数据.(会频繁被访问到的数据)，根据二八原则：20% 的数据能够支持 80% 的访问量

此时我们右边存储服务器存储的仍然是完整的全量数据

缓存要想快就要付出代价 => 小 => Redis

此时，缓存服务器就帮助数据库服务器负重前行！！

数据库分库分表

引入分布式系统，不光要能够去应对更高的请求量(并发量)，同时也要能应对更大的数据量

是否可能会出现，一台服务器已经存不下数据了呢？？当然会存在

虽然一个服务器，存储的数据量可以达到几十个TB，即使如此也可能会存不下

一台主机存不下，就需要多台主机来存储

针对数据库进行进一步的拆分，分库分表

本来一个数据库服务器，这个数据库服务器上有多个数据库(指的是逻辑上的数据集合, create database 创建的那个东西)

现在就可以引入多个数据库服务器，每个数据库服务器存储一个或者一部分数据库

如果某个表特别大，大到一台主机存不下，也可以针对表进行拆分

具体分库分表如何实践？还是要结合实际的业务场景来展开

引入微服务

微服务架构：

之前应用服务器，一个服务器程序里面做了很多的业务，这就可能会导致这一个服务器的代码变的越来越复杂

为了更方便于代码的维护，就可以把这样的一个复杂的服务器，拆分成更多的，功能更单一，但是更小的服务器 ---> 微服务

因此服务器的种类和数量就增加了

当应用服务器复杂了，势必就需要更多的人来维护了，当人多了，就需要配套的管理，把这些人组织好，划分组织结构，分成多个组，每个组分别配备领导进行管理

注意，微服务本质上是在解决 "人" 的问题

按照功能，拆分成多组微服务，就可以有利于上述人员的组织结构的分配了

引入微服务，解决了人的问题，付出的代价?

系统的性能下降：拆出来更多的服务，多个功能之间要更依赖网络通信，网络通信的速度很可能是比硬盘还慢的。(要想保证性能不下降太多，只能引入更多的机器，更多的硬件资源)（幸运的是，硬件技术的发展，网卡现在有万兆网卡，读写速度已经能过超过硬盘读写了）
系统复杂程度提高，可用性受到影响：服务器更多了，出现问题的概率就更大了。这就需要一系列的手段，来保证系统的可用性(更丰富的监控报警，以及配套的运维人员)

微服务的优势:

解决了人的问题.
使用微服务，可以更方便于功能的复用
可以给不同的服务进行不同的部署

三.概念补充

应用（Application）/ 系统（System）

一个应用，就是一个/组服务器程序

模块（Module）/ 组件（Component）

一个应用，里面有很多个功能，每个独立的功能，就可以称为是一个模块/组件

分布式（Distributed）

引入多个主机/服务器，协同配合完成一系列的工作.（物理上的多个主机）

集群（Cluster）

引入多个主机/服务器，协同配合完成一系列的工作.（逻辑上的多个主机）

主（Master）/ 从（Slave）

分布式系统中一种比较典型的结构，多个服务器节点，其中一个是主，另外的是从，从节点的数据要从主节点这里同步过来

中间件（Middleware）

和业务无关的服务(功能更通用的服务)

数据库

缓存

消息队列

...

可用性（Availability）

系统整体可用的时间 / 总的时间

响应时长（Response Time RT）

衡量服务器的性能，越小越好，和具体服务器要做的业务密切相关的

吞吐（Throughput）vs 并发（Concurrent）

衡量系统的处理请求的能力.衡量性能的一种方式

四.分布式小结

单机架构(应用程序＋数据库服务器)
数据库和应用分离
应用程序和数据库服务器分别放到不同主机上部署了.
引入负载均衡，应用服务器=>集群
通过负载均衡器，把请求比较均匀的分发给集群中的每个应用服务器.（当集群中的某个主机挂了，其他的主机仍然可以承担服务提高了整个系统的可用性）
引入读写分离，数据库主从结构
一个数据库节点作为主节点，其他N个数据库节点作为从节点，主节点负责写数据，从节点负责读数据，主节点需要把修改过的数据同步给从节点
引入缓存，冷热数据分离
进一步的提升了服务器针对请求的处理能力（二八原则），Redis在一个分布式系统中,通常就扮演着缓存这样的角色，引入的问题：数据库和缓存的数据一致性问题
引入分库分表，数据库能够进一步扩展存储空间
引入微服务，从业务上进一步拆分应用服务器
从业务功能的角度，把应用服务器，拆分成更多的功能更单一，更简单，更小的服务器

上述这样的几个演化的步骤，只是一个粗略的过程

实际上一个商业项目，真实的演化过程,都是和他的业务发展密切相关的，业务是更重要的，技术只是给业务提供支持的，所谓的分布式系统，就是想办法引入更多的硬件资源！！