基于SSH框架的高并發(fā)與高可用網(wǎng)站架構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

張鵬

摘要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟使得越來越多的用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，享受網(wǎng)絡(luò)給自己生活帶來的便捷。但是，用戶的增多給許多商業(yè)網(wǎng)站提出了新的挑戰(zhàn)。如何在大用戶量訪問網(wǎng)站時(shí)，保證網(wǎng)站的流暢度和穩(wěn)定性，成為判斷一個(gè)商業(yè)網(wǎng)站是否成功的顯著標(biāo)志。該文基于SSH框架提出了一種高并發(fā)、高可用網(wǎng)站架構(gòu)以解決上述問題。首先利用SSH技術(shù)構(gòu)建服務(wù)器端，利用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群。通過Nginx技術(shù)實(shí)現(xiàn)多服務(wù)器間的負(fù)載均衡，減輕大訪問量單一服務(wù)器上的壓力，保證服務(wù)器的高可用性。同時(shí)，使用RabbitMQ消息隊(duì)列的異步處理機(jī)制，對(duì)訪問高峰期請(qǐng)求進(jìn)行削峰處理，減少響應(yīng)所需時(shí)間，提高網(wǎng)站高并發(fā)處理能力。

關(guān)鍵詞：負(fù)載均衡;高并發(fā);高可用;消息隊(duì)列

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）27-0100-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟帶來了大量用戶的網(wǎng)站訪問需求，高并發(fā)[1]和高可用已經(jīng)成為對(duì)于一個(gè)成熟的商業(yè)網(wǎng)站必備的要求。而以往的單服務(wù)器網(wǎng)站面對(duì)高并發(fā)的情形時(shí)，極易導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)服務(wù)器壓力驟增，既無法及時(shí)響應(yīng)用戶請(qǐng)求，而且容易導(dǎo)致服務(wù)器崩潰，降低系統(tǒng)可用性。面對(duì)以上問題，本系統(tǒng)采用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群[3]，保證在一臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)的情況下，仍有其他服務(wù)器可用。并且通過Nginx技術(shù)實(shí)現(xiàn)多服務(wù)器間的負(fù)載均衡[2]，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的高可用性。同時(shí)，使用RabbitMQ消息隊(duì)列[4-5]的異步處理機(jī)制，對(duì)訪問高峰期請(qǐng)求進(jìn)行削峰處理，減少響應(yīng)所需時(shí)間，提高網(wǎng)站高并發(fā)處理能力。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

網(wǎng)站整體架構(gòu)如圖1所示，當(dāng)網(wǎng)站遭遇高并發(fā)時(shí)，大量的用戶請(qǐng)求從瀏覽器端進(jìn)入到后臺(tái)服務(wù)器。此時(shí)Nginx會(huì)根據(jù)服務(wù)器權(quán)重優(yōu)先級(jí)進(jìn)行請(qǐng)求分配，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，減輕單服務(wù)器處理壓力。為保證在高并發(fā)時(shí)，網(wǎng)站達(dá)到減少服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間、增強(qiáng)用戶體驗(yàn)度的目標(biāo)，網(wǎng)站架構(gòu)中加入消息隊(duì)列服務(wù)器，通過其異步處理功能，使得網(wǎng)站系統(tǒng)在不影響響應(yīng)速度的同時(shí)，利用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，降低數(shù)據(jù)庫壓力，最終形成一個(gè)高并發(fā)、高可用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.1 服務(wù)器的設(shè)計(jì)

服務(wù)器端采用SSH框架技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示，采用SSH框架[6-8]進(jìn)行服務(wù)器設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于各個(gè)框架可以發(fā)揮各自在Web應(yīng)用各層上的特點(diǎn)，互相協(xié)同，實(shí)現(xiàn)“低耦合、高內(nèi)聚”的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。在JavaEE分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，Hibernate框架主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)持久層，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的交互處理工作;Struts框架專注于控制層工作，對(duì)用戶請(qǐng)求響應(yīng)進(jìn)行控制調(diào)度;而Spring框架利用其IOC和AOP技術(shù)，貫穿于各層當(dāng)中，負(fù)責(zé)整個(gè)Web項(xiàng)目中類的集中管理，通過IOC容器進(jìn)行各類的實(shí)例化創(chuàng)建工作。并且借助于AOP技術(shù)[9]實(shí)現(xiàn)核心業(yè)務(wù)與輔助業(yè)務(wù)相分離，真正做到各模塊間低耦合的設(shè)計(jì)效果。

2.2 Nginx技術(shù)與服務(wù)器集群的分析與使用

當(dāng)大量的用戶請(qǐng)求從瀏覽器端進(jìn)入到后臺(tái)服務(wù)器時(shí)，如圖3所示，Nginx會(huì)根據(jù)服務(wù)器權(quán)重優(yōu)先級(jí)進(jìn)行請(qǐng)求分配，將用戶請(qǐng)求進(jìn)行分流，減輕單位時(shí)間單體服務(wù)器的請(qǐng)求處理壓力，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，減輕單服務(wù)器處理壓力。同時(shí)，Nginx在處理靜態(tài)文件的吞吐量?jī)?yōu)于tomcat，通過Nginx的反向代理功能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)資源請(qǐng)求與靜態(tài)資源請(qǐng)求相分離，即諸如css、png.js等靜態(tài)資源交由Nginx處理，而諸如jsp、servlet等動(dòng)態(tài)資源交由tomcat處理，從而達(dá)到動(dòng)靜分離的效果。本網(wǎng)站架構(gòu)充分利用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群，保證在出現(xiàn)某一個(gè)服務(wù)器宕機(jī)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行不斷檔，形成一個(gè)高可用性網(wǎng)站架構(gòu)。

2.3 消息隊(duì)列服務(wù)器的設(shè)計(jì)

當(dāng)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中遭遇高并發(fā)的情形時(shí)，如圖4所示，大量的用戶請(qǐng)求會(huì)直接與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行互動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫瞬時(shí)壓力驟增，從而接受響應(yīng)的時(shí)間增加，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。本網(wǎng)站架構(gòu)中使用RabbitMQ作為消息隊(duì)列使用，如圖5所示。消息隊(duì)列的引入使得用戶請(qǐng)求在到達(dá)消息隊(duì)列服務(wù)器時(shí)立即返回，之后由消息隊(duì)列的消費(fèi)者進(jìn)程獲取剛剛的數(shù)據(jù)，異步寫入數(shù)據(jù)庫。因消息隊(duì)列服務(wù)器在處理速度與伸縮性上均優(yōu)于數(shù)據(jù)庫，所以響應(yīng)速度得到大幅改善。

2.4 緩存機(jī)制的設(shè)計(jì)

在大并發(fā)量的情況下，大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行讀取操作，如果每次程序都需要向數(shù)據(jù)庫直接做查詢操作，則其所帶來的性能開銷顯而易見，頻繁的網(wǎng)絡(luò)傳輸也會(huì)大大降低系統(tǒng)的整體性能。因此cache的引入對(duì)于解決高并發(fā)問題非常有效，它能讓數(shù)據(jù)在本地內(nèi)存中保留一個(gè)鏡像，下次訪問時(shí)只需從內(nèi)存中直接獲取，對(duì)于網(wǎng)站整體性能提升明顯。

在hibernate框架中，一級(jí)緩存存在于Session中，屬于事務(wù)級(jí)數(shù)據(jù)緩沖。一旦事務(wù)結(jié)束，一級(jí)Cache也隨之失效。同時(shí)，如圖6所示，本網(wǎng)站架構(gòu)中增加第三方的數(shù)據(jù)庫連接池C3PO。因?yàn)榻?shù)據(jù)庫連接時(shí)會(huì)消耗一定時(shí)間，所以采用數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)預(yù)先建立多條數(shù)據(jù)庫連接，并在將來持續(xù)使用，從而節(jié)約掉建立數(shù)據(jù)庫連所需時(shí)間，C3PO的引入對(duì)于高并發(fā)隨機(jī)訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)的效率提升有很大幫助。

3 實(shí)驗(yàn)

測(cè)試部分中，本文將上述所設(shè)計(jì)集群服務(wù)器架構(gòu)與傳統(tǒng)的單體服務(wù)器架構(gòu)相對(duì)比。通過JMeter發(fā)起海量并發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，對(duì)兩種不同的架構(gòu)進(jìn)行壓力測(cè)試，驗(yàn)證其是否滿足高并發(fā)與高可用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求。表1展示了數(shù)據(jù)訪問性測(cè)試用例內(nèi)容。

為了保證數(shù)據(jù)訪問測(cè)試的可信度，本文分別從4個(gè)維度，對(duì)比兩種不同類型架構(gòu)數(shù)據(jù)訪問所需耗時(shí)。表2展示了在4種不同性能指標(biāo)下，兩種不同類型架構(gòu)的性能數(shù)據(jù)。

如圖7所示，通過對(duì)比測(cè)試，本文網(wǎng)站架構(gòu)在TP90、TP95、TP99各維度中均大幅度優(yōu)于傳統(tǒng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求耗時(shí)相比之前更少、響應(yīng)速度更快、用戶體驗(yàn)流暢度更優(yōu)。滿足一個(gè)高并發(fā)與高可用網(wǎng)站架構(gòu)要求。

4 總結(jié)

本文是基于SSH框架提出了一種高并發(fā)、高可用網(wǎng)站架構(gòu)。主要是在面臨海量用戶請(qǐng)求業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)，可以保證服務(wù)器快速響應(yīng)、運(yùn)行平穩(wěn)，無差錯(cuò)。本文在SSH構(gòu)建服務(wù)器的基礎(chǔ)上形成集群，并輔之以Nginx高性能技術(shù)、RabbitMQ消息隊(duì)列和緩存機(jī)制等。經(jīng)過壓力測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求耗時(shí)顯著減少，證明了本文所述框架的有效性。

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