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Web 服務(wù)器的 “抗壓” 原理

工作機(jī)制大揭秘

承接連接數(shù)的關(guān)鍵要素

兩臺(tái) Web 服務(wù)器的 “協(xié)作模式”

負(fù)載均衡策略

• 輪詢算法：這是一種最為基礎(chǔ)且簡(jiǎn)單直觀的負(fù)載均衡算法，就像是一場(chǎng)公平的接力賽，負(fù)載均衡器按照固定的順序，依次將客戶端的請(qǐng)求分配給兩臺(tái) Web 服務(wù)器。比如，第一個(gè)請(qǐng)求被發(fā)送到服務(wù)器 A，第二個(gè)請(qǐng)求就會(huì)被分配到服務(wù)器 B，第三個(gè)請(qǐng)求又回到服務(wù)器 A，如此循環(huán)往復(fù) 。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要對(duì)服務(wù)器的性能進(jìn)行復(fù)雜的評(píng)估和監(jiān)測(cè)，在兩臺(tái)服務(wù)器硬件配置和性能相近的情況下，能夠較為均勻地分配請(qǐng)求，使兩臺(tái)服務(wù)器的負(fù)載基本保持一致。然而，它的缺點(diǎn)也很明顯，如果其中一臺(tái)服務(wù)器的處理能力較弱或者出現(xiàn)臨時(shí)故障，仍然會(huì)按照順序分配請(qǐng)求，可能導(dǎo)致這臺(tái)服務(wù)器不堪重負(fù)，影響整個(gè)網(wǎng)站的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。
• 加權(quán)輪詢算法：它是在輪詢算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，考慮到了服務(wù)器之間性能的差異。在實(shí)際應(yīng)用中，不同的 Web 服務(wù)器硬件配置可能不同，比如一臺(tái)服務(wù)器配備了高性能的 CPU 和大容量的內(nèi)存，而另一臺(tái)服務(wù)器的配置相對(duì)較低。加權(quán)輪詢算法允許管理員根據(jù)服務(wù)器的性能為每臺(tái)服務(wù)器分配一個(gè)權(quán)重值 ，性能越好的服務(wù)器權(quán)重越高，在分配請(qǐng)求時(shí)，權(quán)重高的服務(wù)器將有更大的概率接收請(qǐng)求。假設(shè)服務(wù)器 A 的權(quán)重為 3，服務(wù)器 B 的權(quán)重為 1，那么在分配 4 個(gè)請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器 A 可能會(huì)接收 3 個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器 B 則接收 1 個(gè)請(qǐng)求。這樣可以更加合理地利用服務(wù)器資源，避免性能強(qiáng)的服務(wù)器 “吃不飽”，而性能弱的服務(wù)器 “撐不下” 的情況，提高了整個(gè)服務(wù)器集群的處理效率。
• IP 哈希算法：這種算法則是從客戶端的角度出發(fā)，它通過(guò)對(duì)客戶端的 IP 地址進(jìn)行哈希運(yùn)算 ，將得到的哈希值映射到一個(gè)固定的范圍內(nèi)，然后根據(jù)映射結(jié)果將請(qǐng)求分配到對(duì)應(yīng)的 Web 服務(wù)器上。由于相同 IP 地址的客戶端經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算后得到的結(jié)果是相同的，所以來(lái)自同一客戶端的所有請(qǐng)求都會(huì)被固定分配到同一臺(tái)服務(wù)器上。這種特性在一些需要保持客戶端會(huì)話一致性的場(chǎng)景中非常有用，比如用戶在企業(yè)網(wǎng)站上進(jìn)行登錄、購(gòu)物車操作等，確保同一個(gè)用戶的所有請(qǐng)求都由同一臺(tái)服務(wù)器處理，避免了因請(qǐng)求分配到不同服務(wù)器而導(dǎo)致的會(huì)話丟失或數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題 。但 IP 哈希算法也存在一定的局限性，如果某一地區(qū)的用戶數(shù)量過(guò)多，而這些用戶的 IP 地址分布相對(duì)集中，可能會(huì)導(dǎo)致處理這些用戶請(qǐng)求的服務(wù)器負(fù)載過(guò)高，而其他服務(wù)器則處于閑置狀態(tài)，造成資源分配不均衡。

協(xié)同工作架構(gòu)

• 集群架構(gòu)：在集群架構(gòu)模式下，兩臺(tái) Web 服務(wù)器就像是一個(gè)緊密協(xié)作的團(tuán)隊(duì)，它們共同組成一個(gè)集群，對(duì)外呈現(xiàn)為一個(gè)統(tǒng)一的服務(wù)實(shí)體 。負(fù)載均衡器位于集群的前端，就像是團(tuán)隊(duì)的 “指揮官”，負(fù)責(zé)接收來(lái)自客戶端的所有請(qǐng)求，并根據(jù)預(yù)設(shè)的負(fù)載均衡算法將這些請(qǐng)求分發(fā)給集群中的兩臺(tái)服務(wù)器。每臺(tái)服務(wù)器在處理完請(qǐng)求后，將結(jié)果返回給負(fù)載均衡器，再由負(fù)載均衡器將最終的響應(yīng)發(fā)送回客戶端。這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和高可用性。當(dāng)網(wǎng)站流量增加時(shí)，可以方便地向集群中添加新的服務(wù)器，提升整體的處理能力；而當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，負(fù)載均衡器能夠自動(dòng)檢測(cè)到，并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到正常運(yùn)行的服務(wù)器上，確保服務(wù)的連續(xù)性，用戶幾乎不會(huì)察覺(jué)到服務(wù)器的故障，極大地提高了網(wǎng)站的可靠性和穩(wěn)定性。
• 主從架構(gòu)：主從架構(gòu)則是一種相對(duì)簡(jiǎn)單但實(shí)用的架構(gòu)模式，在這種架構(gòu)中，兩臺(tái) Web 服務(wù)器被分為主服務(wù)器和從服務(wù)器 。主服務(wù)器承擔(dān)主要的工作任務(wù)，負(fù)責(zé)接收和處理大部分的客戶端請(qǐng)求，它就像是團(tuán)隊(duì)中的 “主力隊(duì)員”，承擔(dān)著核心的工作。從服務(wù)器則作為主服務(wù)器的備份和補(bǔ)充，處于一種相對(duì)待命的狀態(tài)。當(dāng)主服務(wù)器正常運(yùn)行時(shí)，從服務(wù)器會(huì)實(shí)時(shí)同步主服務(wù)器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，以便在主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)能夠迅速接替其工作。一旦主服務(wù)器發(fā)生故障，無(wú)法正常處理請(qǐng)求，負(fù)載均衡器會(huì)立即將請(qǐng)求切換到從服務(wù)器上，從服務(wù)器就會(huì)迅速 “頂上”，繼續(xù)為用戶提供服務(wù)。主從架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是架構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和管理，成本相對(duì)較低，適合一些對(duì)網(wǎng)站性能和可用性要求不是特別高的企業(yè)。然而，它也存在一定的局限性，由于主服務(wù)器承擔(dān)了大部分的工作，在高并發(fā)情況下，主服務(wù)器可能會(huì)面臨較大的壓力，容易出現(xiàn)性能瓶頸；而且從服務(wù)器在平時(shí)處于待命狀態(tài)，資源利用率相對(duì)較低，沒(méi)有得到充分的利用。

能力評(píng)估與判斷方法

性能指標(biāo)解讀

• 并發(fā)連接數(shù)：它是指在同一時(shí)刻，Web 服務(wù)器能夠同時(shí)接受并處理的客戶端連接數(shù)量，就好比一家餐廳在同一時(shí)間能夠接待的顧客數(shù)量 。在企業(yè)網(wǎng)站首頁(yè)高刷新連接數(shù)的場(chǎng)景下，并發(fā)連接數(shù)直接決定了服務(wù)器能夠應(yīng)對(duì)的用戶并發(fā)訪問(wèn)量。如果并發(fā)連接數(shù)設(shè)置過(guò)低，當(dāng)大量用戶同時(shí)刷新首頁(yè)時(shí)，服務(wù)器可能會(huì)拒絕新的連接請(qǐng)求，導(dǎo)致用戶無(wú)法正常訪問(wèn)網(wǎng)站，出現(xiàn) “頁(yè)面無(wú)法加載” 或 “連接超時(shí)” 等錯(cuò)誤提示。而過(guò)高的并發(fā)連接數(shù)設(shè)置，可能會(huì)超出服務(wù)器的處理能力，導(dǎo)致服務(wù)器資源耗盡，運(yùn)行效率急劇下降，整個(gè)網(wǎng)站陷入卡頓甚至癱瘓。
• 吞吐量：吞吐量是指服務(wù)器在單位時(shí)間內(nèi)成功處理的客戶端請(qǐng)求數(shù)量，通常以每秒處理的請(qǐng)求數(shù)（TPS，Transactions Per Second）或每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（如字節(jié) / 秒）來(lái)衡量 ，可以將其看作是餐廳在單位時(shí)間內(nèi)能夠?yàn)轭櫩吞峁┓?wù)的數(shù)量。對(duì)于企業(yè)網(wǎng)站來(lái)說(shuō)，吞吐量越大，說(shuō)明服務(wù)器能夠在單位時(shí)間內(nèi)處理更多的首頁(yè)刷新請(qǐng)求，網(wǎng)站的響應(yīng)速度也就越快。在高并發(fā)情況下，如果吞吐量不足，就會(huì)導(dǎo)致頁(yè)面加載緩慢，用戶需要長(zhǎng)時(shí)間等待才能看到刷新后的頁(yè)面內(nèi)容，這無(wú)疑會(huì)極大地降低用戶體驗(yàn)，甚至可能導(dǎo)致用戶流失。
• 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間是指從客戶端發(fā)送請(qǐng)求到接收到服務(wù)器響應(yīng)所經(jīng)歷的時(shí)間，它就像顧客下單后等待上菜的時(shí)間 。對(duì)于企業(yè)網(wǎng)站首頁(yè)的刷新操作，響應(yīng)時(shí)間是用戶最為直觀的感受之一。一個(gè)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的網(wǎng)站，會(huì)讓用戶感到煩躁和不耐煩，即使網(wǎng)站的內(nèi)容再豐富、設(shè)計(jì)再精美，也難以留住用戶。一般來(lái)說(shuō)，用戶能夠接受的響應(yīng)時(shí)間在幾百毫秒到一秒左右，超過(guò)這個(gè)時(shí)間范圍，用戶就可能會(huì)放棄訪問(wèn)。因此，確保服務(wù)器在高刷新連接數(shù)下能夠保持較短的響應(yīng)時(shí)間，是提升用戶體驗(yàn)和網(wǎng)站競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素之一。

壓力測(cè)試工具與實(shí)踐

• Apache JMeter：這是一款開源且功能強(qiáng)大的壓力測(cè)試工具，它基于 Java 開發(fā)，具有跨平臺(tái)的特性，能夠在 Windows、Linux、Mac 等多種操作系統(tǒng)上運(yùn)行 。JMeter 的使用非常靈活，支持多種協(xié)議，如 HTTP、FTP、SMTP 等，對(duì)于企業(yè)網(wǎng)站的 Web 服務(wù)器測(cè)試來(lái)說(shuō)，HTTP 協(xié)議的支持使其成為首選工具之一。在使用 JMeter 進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)測(cè)試計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃就像是一份詳細(xì)的 “測(cè)試藍(lán)圖”，包含了測(cè)試的目標(biāo)、場(chǎng)景設(shè)置、參數(shù)配置等關(guān)鍵信息。在測(cè)試計(jì)劃中，我們可以添加線程組，線程組就像是一群模擬用戶，通過(guò)設(shè)置線程數(shù)、啟動(dòng)時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，可以精確地控制模擬用戶的數(shù)量和行為，模擬出不同程度的并發(fā)訪問(wèn)情況。添加 HTTP 請(qǐng)求采樣器，設(shè)置好服務(wù)器的地址、端口、請(qǐng)求路徑等信息，以模擬用戶對(duì)企業(yè)網(wǎng)站首頁(yè)的刷新請(qǐng)求。還可以添加各種監(jiān)聽器，如察看結(jié)果樹、聚合報(bào)告等，這些監(jiān)聽器能夠直觀地展示測(cè)試結(jié)果，包括響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、錯(cuò)誤率等關(guān)鍵性能指標(biāo)，幫助我們?nèi)媪私夥?wù)器的性能表現(xiàn)。
• LoadRunner：LoadRunner 是一款商業(yè)化的企業(yè)級(jí)負(fù)載測(cè)試工具，它的功能十分全面且強(qiáng)大，在大型企業(yè)和復(fù)雜項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用 。LoadRunner 提供了虛擬用戶生成器（VUGen）、負(fù)載生成器（Load Generator）和分析工具等多個(gè)組件，各個(gè)組件之間協(xié)同工作，能夠?qū)崿F(xiàn)從測(cè)試腳本錄制、場(chǎng)景創(chuàng)建到結(jié)果分析的全流程測(cè)試。VUGen 可以錄制用戶在瀏覽器中的真實(shí)操作，自動(dòng)生成測(cè)試腳本，大大節(jié)省了手動(dòng)編寫腳本的時(shí)間和精力。通過(guò)負(fù)載生成器，可以在不同的硬件環(huán)境下模擬大量的并發(fā)用戶，對(duì)服務(wù)器施加不同程度的負(fù)載壓力。而分析工具則能夠?qū)y(cè)試結(jié)果進(jìn)行深入分析，生成詳細(xì)的報(bào)告和圖表，幫助測(cè)試人員快速定位性能瓶頸和問(wèn)題所在。例如，在對(duì)企業(yè)網(wǎng)站進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，LoadRunner 可以模擬成千上萬(wàn)的用戶同時(shí)刷新首頁(yè)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，準(zhǔn)確評(píng)估兩臺(tái) Web 服務(wù)器在高并發(fā)情況下的性能表現(xiàn)，為服務(wù)器的優(yōu)化和調(diào)整提供有力依據(jù)。

不同企業(yè)網(wǎng)站的 “適配情況”

小型企業(yè)網(wǎng)站

大型企業(yè)網(wǎng)站

成功案例與經(jīng)驗(yàn)借鑒

小型企業(yè)案例

大型企業(yè)案例

未來(lái)展望與技術(shù)趨勢(shì)

總結(jié)