大型网站架构系列:电商网站架构案例


来源:ITFLY8
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大型网站架构是一个系列文档,欢迎大家关注。本次分享主题:电商网站架构案例。从电商网站的需求,到单机架构,逐步演变为常用的,可供参考的分布式架构的原型。除具备功能需求外,还具备一定的高性能,高可用,可伸缩,可扩展等非功能质量需求(架构目标)。

根据实际需要,进行改造,扩展,支持千万PV,是没问题的。
本次分享大纲
电商案例的原因
电商网站需求
网站初级架构
系统容量估算
网站架构分析
网站架构优化
架构总结

电商网站案例,一共有三篇本篇主要说明网站的需求,网站初始架构,系统容量估算方法。

一、电商案例的原因
分布式大型网站,目前看主要有几类1.大型门户,比如网易,新浪等;2.SNS网站,比如校内,开心网等;3.电商网站:比如阿里巴巴,京东商城,国美在线,汽车之家等。大型门户一般是新闻类信息,可以使用CDN,静态化等方式优化,开心网等交互性比较多,可能会引入更多的NOSQL,分布式缓存,使用高性能的通信框架等。电商网站具备以上两类的特点,比如产品详情可以采用CDN,静态化,交互性高的需要采用NOSQL等技术。因此,我们采用电商网站作为案例,进行分析。

二、电商网站需求
客户需求:

建立一个全品类的电子商务网站(B2C),用户可以在线购买商品,可以在线支付,也可以货到付款;
用户购买时可以在线与客服沟通;
用户收到商品后,可以给商品打分,评价;
目前有成熟的进销存系统;需要与网站对接;
希望能够支持3~5年,业务的发展;
预计3~5年用户数达到1000万;
定期举办双11,双12,三八男人节等活动;
其他的功能参考京东或国美在线等网站。

客户就是客户,不会告诉你具体要什么,只会告诉你他想要什么,我们很多时候要引导,挖掘客户的需求。好在提供了明确的参考网站。因此,下一步要进行大量的分析,结合行业,以及参考网站,给客户提供方案。

其他的略~

需求功能矩阵

需求管理传统的做法,会使用用例图或模块图(需求列表)进行需求的描述。这样做常常忽视掉一个很重要的需求(非功能需求),因此推荐大家使用需求功能矩阵,进行需求描述。

本电商网站的需求矩阵如下:

网站需求
功能需求
非功能需求
全品类的电子商务网站
分类管理,商品管理
方便进行多品类管理(灵活性)网站访问速度要快(高性能)
图片存储的要求(海量小图片)
用户可以在线购买商品
会员管理,购物车,结算功能
良好购物体验(可用性,性能)
在线支付或货到付款
多种在线支付方式
支付过程要安全,数据加密(安全性)多种支付接口灵活切换(灵活性,扩展性)
可以在线与客服沟通
在线客服功能
可靠性:即时通讯
商品打分评价
商品评论

目前有成熟的进销存系统
对接进销存
属于约束条件对接时要考虑数据一致性,鲁棒性
支持3~5年,业务的发展

属于约束条件伸缩性,可扩展性
3~5年用户数达到1000万

约束条件
举办双11,双12,三八男人节等活动
活动管理,秒杀
突增访问流量(可伸缩)实时性要求(高性能)
参考京东或国美在线

参考条件

以上是对电商网站需求的简单举例,目的是说明(1)需求分析的时候,要全面,大型分布式系统重点考虑非功能需求;(2)描述一个简单的电商需求场景,使大家对下一步的分析设计有个依据。

三、网站初级架构
一般网站,刚开始的做法,是三台服务器,一台部署应用,一台部署数据库,一台部署NFS文件系统。

这是前几年比较传统的做法,之前见到一个网站10万多会员,垂直服装设计门户,N多图片。使用了一台服务器部署了应用,数据库以及图片存储。出现了很多性能问题。

如下图:
这里写图片描述
但是,目前主流的网站架构已经发生了翻天覆地的变化。一般都会采用集群的方式,进行高可用设计。至少是下面这个样子。
这里写图片描述
(1) 使用集群对应用服务器进行冗余,实现高可用;(负载均衡设备可与应用一块部署)

使用数据库主备模式,实现数据备份和高可用;

四、系统容量预估
预估步骤:

注册用户数-日均UV量-每日的PV量-每天的并发量;
峰值预估:平常量的2~3倍;
根据并发量(并发,事务数),存储容量计算系统容量。

客户需求:3~5年用户数达到1000万注册用户;

每秒并发数预估:

每天的UV为200万(二八原则);
每日每天点击浏览30次;
PV量:200*30=6000万;
集中访问量:24*0.2=4.8小时会有6000万*0.8=4800万(二八原则);
每分并发量:4.8*60=288分钟,每分钟访问4800/288=16.7万(约等于);
每秒并发量:16.7万/60=2780(约等于);
假设:高峰期为平常值的三倍,则每秒的并发数可以达到8340次。
1毫秒=1.3次访问;

没好好学数学后悔了吧?!(不知道以上算是否有错误,呵呵~~)

服务器预估:(以tomcat服务器举例)

按一台web服务器,支持每秒300个并发计算。平常需要10台服务器(约等于);[tomcat默认配置是150]
高峰期:需要30台服务器;

容量预估:70/90原则

系统CPU一般维持在70%左右的水平,高峰期达到90%的水平,是不浪费资源,并比较稳定的。内存,IO类似。

以上预估仅供参考,因为服务器配置,业务逻辑复杂度等都有影响。在此CPU,硬盘,网络等不再进行评估。

五、网站架构分析

根据以上预估,有几个问题:

需要部署大量的服务器,高峰期计算,可能要部署30台Web服务器。并且这三十台服务器,只有秒杀,活动时才会用到,存在大量的浪费。
所有的应用部署在同一台服务器,应用之间耦合严重。需要进行垂直切分和水平切分。
大量应用存在冗余代码
服务器SESSION同步耗费大量内存和网络带宽
数据需要频繁访问数据库,数据库访问压力巨大。

大型网站一般需要做以下架构优化(优化是架构设计时,就要考虑的,一般从架构/代码级别解决,调优主要是简单参数的调整,比如JVM调优;如果调优涉及大量代码改造,就不是调优了,属于重构):

业务拆分
应用集群部署(分布式部署,集群部署和负载均衡)
多级缓存
单点登录(分布式Session)
数据库集群(读写分离,分库分表)
服务化
消息队列
其他技术

六、网站架构优化
6.1业务拆分
根据业务属性进行垂直切分,划分为产品子系统,购物子系统,支付子系统,评论子系统,客服子系统,接口子系统(对接如进销存,短信等外部系统)。
根据业务子系统进行等级定义,可分为核心系统和非核心系统。核心系统:产品子系统,购物子系统,支付子系统;非核心:评论子系统,客服子系统,接口子系统。

业务拆分作用:提升为子系统可由专门的团队和部门负责,专业的人做专业的事,解决模块之间耦合以及扩展性问题;每个子系统单独部署,避免集中部署导致一个应用挂了,全部应用不可用的问题。

等级定义作用:用于流量突发时,对关键应用进行保护,实现优雅降级;保护关键应用不受到影响。

拆分后的架构图:

参考部署方案2
这里写图片描述

如上图每个应用单独部署
核心系统和非核心系统组合部署

6.2应用集群部署(分布式,集群,负载均衡)
分布式部署:将业务拆分后的应用单独部署,应用直接通过RPC进行远程通信;

集群部署:电商网站的高可用要求,每个应用至少部署两台服务器进行集群部署;

负载均衡:是高可用系统必须的,一般应用通过负载均衡实现高可用,分布式服务通过内置的负载均衡实现高可用,关系型数据库通过主备方式实现高可用。

集群部署后架构图:
这里写图片描述

6.3 多级缓存
缓存按照存放的位置一般可分为两类本地缓存和分布式缓存。本案例采用二级缓存的方式,进行缓存的设计。一级缓存为本地缓存,二级缓存为分布式缓存。(还有页面缓存,片段缓存等,那是更细粒度的划分)

一级缓存,缓存数据字典,和常用热点数据等基本不可变/有规则变化的信息,二级缓存缓存需要的所有缓存。当一级缓存过期或不可用时,访问二级缓存的数据。如果二级缓存也没有,则访问数据库。

缓存的比例,一般1:4,即可考虑使用缓存。(理论上是1:2即可)。
根据业务特性可使用以下缓存过期策略:

缓存自动过期;
缓存触发过期;

6.4单点登录(分布式Session)
系统分割为多个子系统,独立部署后,不可避免的会遇到会话管理的问题。一般可采用Session同步,Cookies,分布式Session方式。电商网站一般采用分布式Session实现。

再进一步可以根据分布式Session,建立完善的单点登录或账户管理系统。

这里写图片描述

流程说明

用户第一次登录时,将会话信息(用户Id和用户信息),比如以用户Id为Key,写入分布式Session;
用户再次登录时,获取分布式Session,是否有会话信息,如果没有则调到登录页;
一般采用Cache中间件实现,建议使用Redis,因此它有持久化功能,方便分布式Session宕机后,可以从持久化存储中加载会话信息;
存入会话时,可以设置会话保持的时间,比如15分钟,超过后自动超时;

结合Cache中间件,实现的分布式Session,可以很好的模拟Session会话。

6.5数据库集群(读写分离,分库分表)
大型网站需要存储海量的数据,为达到海量数据存储,高可用,高性能一般采用冗余的方式进行系统设计。一般有两种方式读写分离和分库分表。

读写分离:一般解决读比例远大于写比例的场景,可采用一主一备,一主多备或多主多备方式。

本案例在业务拆分的基础上,结合分库分表和读写分离。如下图:
这里写图片描述

业务拆分后:每个子系统需要单独的库;
如果单独的库太大,可以根据业务特性,进行再次分库,比如商品分类库,产品库;
分库后,如果表中有数据量很大的,则进行分表,一般可以按照Id,时间等进行分表;(高级的用法是一致性Hash)
在分库,分表的基础上,进行读写分离;

相关中间件可参考Cobar(阿里,目前已不在维护),TDDL(阿里),Atlas(奇虎360),MyCat(在Cobar基础上,国内很多牛人,号称国内第一开源项目)。

分库分表后序列的问题,JOIN,事务的问题,会在分库分表主题分享中,介绍。

6.6服务化
将多个子系统公用的功能/模块,进行抽取,作为公用服务使用。比如本案例的会员子系统就可以抽取为公用的服务。

这里写图片描述
6.7消息队列
消息队列可以解决子系统/模块之间的耦合,实现异步,高可用,高性能的系统。是分布式系统的标准配置。本案例中,消息队列主要应用在购物,配送环节。

用户下单后,写入消息队列,后直接返回客户端;
库存子系统:读取消息队列信息,完成减库存;
配送子系统:读取消息队列信息,进行配送;
这里写图片描述
目前使用较多的MQ有Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ,MS MQ等,需要根据具体的业务场景进行选择。建议可以研究下Rabbit MQ。

6.8其他架构(技术)
除了以上介绍的业务拆分,应用集群,多级缓存,单点登录,数据库集群,服务化,消息队列外。还有CDN,反向代理,分布式文件系统,大数据处理等系统。

此处不详细介绍,大家可以问度娘/Google,有机会的话也可以分享给大家。

七、架构总结
这里写图片描述

以上是本次分享的架构总结,其中细节可参考前面分享的内容。其中还有很多可以优化和细化的地方,因为是案例分享,主要针对重要部分做了介绍,工作中需要大家根据具体的业务场景进行架构设计。

以上是电商网站架构案例的分享一共有三篇,从电商网站的需求,到单机架构,逐步演变为常用的,可供参考的分布式架构的原型。除具备功能需求外,还具备一定的高性能,高可用,可伸缩,可扩展等非功能质量需求(架构目标)。

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