徐 立

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件學(xué)院，河南 商丘 476100)

軟件的架構(gòu)既是一個(gè)軟件的骨架，又是其靈魂. David Garlan[1]92-97認(rèn)為軟件架構(gòu)要解決如下層面的問題：“在計(jì)算的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之外，設(shè)計(jì)并確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)成了新的問題.結(jié)構(gòu)問題包括總體組織結(jié)構(gòu)和全局控制結(jié)構(gòu)；通信、同步和數(shù)據(jù)訪問的協(xié)議；設(shè)計(jì)元素的功能分配；物理分布；設(shè)計(jì)元素的組成；定標(biāo)與性能；備選設(shè)計(jì)的選擇.”一個(gè)合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可以使軟件開發(fā)流程變得順暢易行；可以使程序員在愉悅的環(huán)境下工作；可以使軟件在其運(yùn)行場(chǎng)景內(nèi)高效地運(yùn)行；在場(chǎng)景變換時(shí)也能具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性.由此可見，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它決定著一個(gè)軟件產(chǎn)品的成敗.在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要避免“牛刀殺雞”，又要避免“小馬拉大車”，下面將以實(shí)例子來淺析軟件架構(gòu)設(shè)計(jì).

1 低成本快速開發(fā)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 應(yīng)用場(chǎng)景

小創(chuàng)型互聯(lián)網(wǎng)公司有了好的設(shè)計(jì)構(gòu)思后，需要迅速低成本地將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，進(jìn)而驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞.

1.2 場(chǎng)景分析

有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，有未來的盈利規(guī)劃，但由于是創(chuàng)業(yè)型公司，依靠的資金來源主要是個(gè)人積蓄，在做軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮以下需求：

第一，上線要快.互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，有了構(gòu)思，要迅速轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品，進(jìn)而驗(yàn)證其能否成功；第二，投入要少.個(gè)人積蓄有限且不知道產(chǎn)品上線后效果如何，能否成功是個(gè)未知數(shù)，先期投入要盡量少，以最低成本滿足特定訪問量；第三，設(shè)計(jì)要靈活.盡量低耦合，擴(kuò)展性要好.

1.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

選用小而美的框架LAMP[2]50-52，LAMP是架構(gòu)中用到的幾種技術(shù)及開源軟件的首字母縮寫.A代表http服務(wù)器采用Apache，是最受歡迎的開源web服務(wù)器；L代表Linux是開源的操作系統(tǒng)；M代表Mysql，架構(gòu)選擇開源的Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)用來管理數(shù)據(jù)，Mysql是多線程、多用戶的支持SQL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；P代表PHP，它是一種編程語(yǔ)言，適合快速開發(fā)Web系統(tǒng).由于初期訪問量較小，其物理架構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)以及文件系統(tǒng)(如頁(yè)面html緩存、圖片等)均部署在同一臺(tái)托管服務(wù)器上.

該架構(gòu)非常輕量，性能穩(wěn)定，被很多大型互聯(lián)網(wǎng)公司使用，如Yahoo和維基百科.借助該架構(gòu)，一般二百人日的工作量即可完成開發(fā)，網(wǎng)站就能上線調(diào)試運(yùn)行.

2 訪問量劇增時(shí)性能成瓶頸

2.1 應(yīng)用場(chǎng)景

網(wǎng)站上線后，經(jīng)過積極推廣，產(chǎn)品符合用戶要求，網(wǎng)站的UI設(shè)計(jì)用戶體驗(yàn)反映良好.網(wǎng)站的注冊(cè)用戶逐日遞增，注冊(cè)用戶中活躍用戶占比高達(dá)30%左右，已經(jīng)可以爭(zhēng)取到專業(yè)風(fēng)投公司的資金.然而，隨著用戶量的增多，網(wǎng)站運(yùn)行不如剛上線時(shí)流暢，頁(yè)面常出現(xiàn)白頁(yè)，而且經(jīng)?？床坏巾?yè)面上的圖片；用戶提交表單時(shí)，始終提示“正在努力為您提交”，而且偶爾提交成功后，上傳的圖片卻丟失.這是網(wǎng)站的性能出現(xiàn)了問題，也許之前的架構(gòu)已經(jīng)“不堪重負(fù)”了，到了該改進(jìn)的時(shí)候.

2.2 場(chǎng)景分析

由于之前考慮低成本快速上線的需求，加上前期數(shù)據(jù)量較少，將文件存儲(chǔ)和應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫(kù)均部署在同一臺(tái)服務(wù)器上.隨著注冊(cè)用戶及活躍用戶的遞增，網(wǎng)站會(huì)出現(xiàn)如下問題.

2.2.1 存儲(chǔ)壓力

網(wǎng)站在運(yùn)營(yíng)過程中，用戶產(chǎn)生的大量圖片需要占用存儲(chǔ)空間，頁(yè)面的內(nèi)容以html形式存儲(chǔ)，也會(huì)占用存儲(chǔ)空間，雖然對(duì)于非大型網(wǎng)站而言，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能造成影響，但對(duì)于目前只有一臺(tái)服務(wù)器的情況，仍然會(huì)表現(xiàn)出存儲(chǔ)壓力.

2.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)“寫”操作壓力

活躍用戶在網(wǎng)站上的行為會(huì)造成大量的寫操作，比如換個(gè)頭像、寫條評(píng)論、發(fā)表個(gè)留言、訂購(gòu)件商品，這些都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行寫操作.當(dāng)壓力達(dá)到一定限度，就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，用戶反映的頁(yè)面不顯示，已上傳的圖片的問題，就是由于圖片已經(jīng)上傳成功但是其存儲(chǔ)路徑?jīng)]有成功地寫進(jìn)Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)造成的.

2.2.3 流量壓力主要來自圖片

網(wǎng)站上的文章、商品等內(nèi)容上會(huì)有大量的圖片，圖片是該網(wǎng)站流量壓力的最主要貢獻(xiàn)者.用戶反映的網(wǎng)站加載太慢，跟圖片占用大量的流量有很大關(guān)系，當(dāng)然還有其他諸多原因也會(huì)造成網(wǎng)站加載太慢.

2.2.4 用于服務(wù)器壓力

大量用戶同時(shí)在線，操作網(wǎng)站，系統(tǒng)響應(yīng)用戶的操作要靠應(yīng)用服務(wù)器來完成，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載達(dá)到極限時(shí)會(huì)崩潰.網(wǎng)站經(jīng)?！鞍醉?yè)”，就是Web服務(wù)器死機(jī)造成的.

2.3 架構(gòu)調(diào)整

架構(gòu)調(diào)整的主要措施是增加服務(wù)器，這不僅要將應(yīng)用分拆到專門的服務(wù)器上，而且每種應(yīng)用還要多臺(tái)服務(wù)器來支撐，做出該決策的依據(jù)一是目前的經(jīng)濟(jì)狀況，二是針對(duì)以后用戶量和流量增速的預(yù)測(cè)，雖然目前來講可能有冗余，但這種冗余是值得的.具體調(diào)整方案如下.

2.3.1 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整

有兩臺(tái)服務(wù)器一主一從支撐Mysql數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)庫(kù)端的設(shè)計(jì)可以歸納為“主從復(fù)制、讀寫分離”，也就是說，所有寫操作由主服務(wù)器來完成，數(shù)據(jù)被復(fù)制到從服務(wù)器，以達(dá)到數(shù)據(jù)的一致性，所有的讀操作由從服務(wù)器來完成，將來可以方便地?cái)U(kuò)展為一主多從，甚至主從均實(shí)現(xiàn)集群化.具體主從服務(wù)器的搭建步驟如下.

1)保證主從服務(wù)器mysql版本一致，修改root密碼；

2)修改主從服務(wù)器配置： #vi /etc/my.cnf

[mysqld]log-bin=mysql-bin

server-id=222，226//數(shù)值唯一，習(xí)慣選取IP地址末段；

3)重啟主從服務(wù)器并在主服務(wù)器上授權(quán)從服務(wù)器

#/usr/local/mysql/bin/mysql -uroot -pmttang

mysql>GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'mysync'@'%' identified by '192.168.0.226'; //表示授權(quán)給IP為192.168.0.226的從服務(wù)器；

4)配置從服務(wù)器啟動(dòng)復(fù)制功能

mysql>change master to master_host='192.168.0.222',master_user='mysync',master_password='q123456', master_log_file='mysql-bin.000004',master_log_pos=308;

mysql>start slave;

5)編寫shell腳本監(jiān)控主從服務(wù)器狀態(tài)，有問題及時(shí)報(bào)警.

2.3.2 應(yīng)用服務(wù)器調(diào)整

1)增加服務(wù)器

由兩臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)支撐網(wǎng)站的應(yīng)用程序，兩臺(tái)服務(wù)器根據(jù)各自的狀況分?jǐn)傌?fù)載，當(dāng)其中一臺(tái)死機(jī)后，另一臺(tái)仍然可以正常提供服務(wù)，避免了網(wǎng)站“白頁(yè)”問題.

2)使用Memcache緩存“對(duì)象”

Memcache是一款高效的開源分布式對(duì)象緩存工具，可以將網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)中的查詢結(jié)果生成的對(duì)象進(jìn)行緩存，不僅可以減輕應(yīng)用服務(wù)器的壓力，同時(shí)減少對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，也減輕了Mysql的從服務(wù)器壓力(從服務(wù)器負(fù)責(zé)讀操作).

當(dāng)然這種調(diào)整需要將應(yīng)用程序做簡(jiǎn)單的修改，以保證涉及數(shù)據(jù)庫(kù)寫操作的程序負(fù)責(zé)通知Memcache緩存對(duì)象因數(shù)據(jù)有變而失效，可能涉及數(shù)據(jù)庫(kù)讀操作的程序要看是否有緩存以及緩存是否失效來決定數(shù)據(jù)是從Memcache中取或者是從Mysql中取.

2.3.3 流量方面的調(diào)整

由于網(wǎng)站的主要流量壓力來自圖片，且用戶反映存在圖片加載緩慢的現(xiàn)象，這就需要將網(wǎng)站所有圖片單獨(dú)放置在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的CDN服務(wù)器上[3]26-31，這種服務(wù)器流量的費(fèi)用較低，可以減輕網(wǎng)站流量方面的壓力，有利于圖片的加載，還可以降低費(fèi)用.

一般CDN服務(wù)器的計(jì)費(fèi)方式有按流量、按峰值和按帶寬3種.按流量計(jì)費(fèi)適用于平時(shí)流量不大，但是時(shí)不時(shí)會(huì)有短時(shí)間內(nèi)非常高的訪問量；按峰值是按單位時(shí)間內(nèi)的最大流量計(jì)費(fèi)，適用于流量不大且變動(dòng)不大的情況；按帶寬計(jì)費(fèi)適用于流量較大的情況，這次調(diào)整選用的是按帶寬計(jì)費(fèi)方式的某CDN產(chǎn)品.

2.3.4 其他調(diào)整

1)頁(yè)面靜態(tài)化

靜態(tài)化是指自己編寫程序，把一些經(jīng)常訪問的頁(yè)面且變動(dòng)不大的頁(yè)面或頁(yè)面的某塊內(nèi)容(比如：主頁(yè)、商品詳細(xì)頁(yè)、文章瀏覽頁(yè)等)生成文件，以某種形式比如html代碼的形式保存在文件服務(wù)器上，當(dāng)這次高頻次被訪問的頁(yè)面被訪問時(shí)，避免了多次向應(yīng)用服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)起請(qǐng)求，減輕了各個(gè)環(huán)節(jié)的壓力.

2)動(dòng)靜分離

使用squid反向代理緩存技術(shù)，將靜態(tài)頁(yè)面、html、css和JavaScript代碼等進(jìn)行緩存，被訪問時(shí)會(huì)從適合的緩存池中取的，也能避免各個(gè)環(huán)節(jié)的壓力.

通過該次大規(guī)模的架構(gòu)調(diào)整,新的架構(gòu)已經(jīng)具備了服務(wù)大型網(wǎng)站的能力,只要沒有特殊的業(yè)務(wù)需求(比如某些業(yè)務(wù)需要存儲(chǔ)海量圖片或音視頻文件,或者秒殺等業(yè)務(wù)觸發(fā)短時(shí)間內(nèi)高并發(fā)訪問),該架構(gòu)兩三年內(nèi)不用調(diào)整,當(dāng)性能出現(xiàn)問題時(shí),只需簡(jiǎn)單地增加服務(wù)器即可.

3 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，不能一味貪大；在運(yùn)營(yíng)中，網(wǎng)站出現(xiàn)性能瓶頸后，要能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)地進(jìn)行架構(gòu)調(diào)整.

本文以實(shí)例淺析軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)整只是起到拋磚引玉的作用，限于篇幅，所述雖全，但欠缺深度，實(shí)際操作中如果用到可以進(jìn)入深度研究.

[1] Garlan D，Shaw M.An introduction to software architecture[J].Advances in software engineering and knowledge engineering,1993,1(3).

[2] 余立強(qiáng).LAMP架構(gòu)搭建與網(wǎng)站運(yùn)行實(shí)例[J].網(wǎng)絡(luò)與信息,2011(8).

[3] 李素粉,董 暉,房秉毅,等.面向云化EPC的mobile CDN融合架構(gòu)研究[J].電信研究,2014(11).