作者 | Kislay Verma

譯者 | 崔皓  

審校 | 云昭

開篇 

本文討論分布式系統(tǒng)如何對隨機(jī)故障進(jìn)行彈性處理，這個(gè)問題非常重要，因?yàn)殡S著系統(tǒng)規(guī)模的增大，隨機(jī)故障會變得越來越普遍。

系統(tǒng)理論告訴我們，系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的部分越多，發(fā)生故障的可能性就越大。因此，要構(gòu)建一個(gè)彈性系統(tǒng)，我們需要減少這種相互關(guān)聯(lián)。否則就需要通過 “臨時(shí)”切斷與故障點(diǎn)的連接來避免問題的發(fā)生，從而保證不會因?yàn)樵摴收宵c(diǎn)而殃及其他節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。也就是我們通常所說的，針對分布式系統(tǒng)進(jìn)行降級和熔斷。

圖 組件之間的關(guān)系

一般而言我們會基于如下假設(shè)：在分布式系統(tǒng)中的任意組件在任何時(shí)刻都有可能發(fā)生故障，并且需要定義出現(xiàn)故障的時(shí)候?qū)?yīng)的處理方式。

最后，我們需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建緩沖區(qū)——提供一些寬松的手段，也就是在不能完全消除對故障組件的依賴時(shí)，采取更加柔和方式處理意外情況。

PART 02

最小化組件間的依賴

分布式系統(tǒng)的組件通過相互通信的方式獲取數(shù)據(jù)和調(diào)用功能。基于這兩種情況，都可以通過將數(shù)據(jù)/功能推送到調(diào)用組件而不是通過遠(yuǎn)程訪問來獲得，從而降低組件之間的連接需求。

構(gòu)建大規(guī)模分布式系統(tǒng)迫使我們放棄標(biāo)準(zhǔn)軟件工程的許多“最佳實(shí)踐”。關(guān)鍵是，當(dāng)采用分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性來換取系統(tǒng)的可擴(kuò)展性時(shí)，需要盡可能地控制組件的“分布”。以下幾個(gè)要點(diǎn)是需要關(guān)注的：

1、副本數(shù)據(jù)

如果經(jīng)常從一個(gè)組件訪問某些數(shù)據(jù)，就可以復(fù)制該組件，而不必在運(yùn)行時(shí)檢索它。這種方式可以大大減少運(yùn)行對該組件的依賴，并降低訪問組件的延遲。

對于經(jīng)常訪問且有規(guī)律性變化的數(shù)據(jù)而言，可以通過臨時(shí)緩存并配合定期緩存刷新的方式來獲取他們。更改頻率更低或從不更改的數(shù)據(jù)（例如客戶姓名）可以直接存儲在組件中。不過當(dāng)這些數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，就需要做一些額外的工作對其進(jìn)行更新，不過這種小開銷對于整個(gè)系統(tǒng)而言是值得的，因?yàn)樘嵘讼到y(tǒng)的彈性。

2、非規(guī)范化數(shù)據(jù)

非規(guī)范化數(shù)據(jù)以一種特殊形式的副本存在于組件中。如果使用關(guān)系數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)，可以通過在主實(shí)體中復(fù)制數(shù)據(jù)的方式來降低查看多個(gè)實(shí)體的成本。對于本地化分散數(shù)據(jù)從而獲得更好性能，也適用于此種方式。

3、組件庫

為了減輕組件的功能依賴性，可以將遠(yuǎn)程組件打包成組件庫，并將其嵌入到的需要調(diào)用該庫的組件中。這種方式并不是總是可行（存在跨語言調(diào)用，或者因?yàn)榻M件太大而不能打包成庫），因此會帶來一系列問題（例如：某個(gè)功能以來多個(gè)組件庫，一旦功能發(fā)生變化就需要對多個(gè)組件庫進(jìn)行升級）。話說回來，如果功能很關(guān)鍵且被經(jīng)常訪問，組件庫的方式就可以減少組件之間的鏈接，讓被依賴的組件庫成為調(diào)用組件的本地方法。

隔離錯(cuò)誤  

錯(cuò)誤隔離的功能非常重要，原因有二。其一，是個(gè)別錯(cuò)誤在分布式系統(tǒng)中非常突出。（許多移動部件的簡單功能）。其二，是如果不能防止錯(cuò)誤通過級聯(lián)的方式影響整個(gè)系統(tǒng)，那么就無法構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)。

錯(cuò)誤隔離的由 SLA（Service Level Agreement 服務(wù)保障協(xié)議）構(gòu)成。它針對每個(gè)組件聲明了質(zhì)量參數(shù)，在組件執(zhí)行過程時(shí)會參照這些參數(shù)。質(zhì)量參數(shù)包括：延遲、錯(cuò)誤率、并發(fā)性等。

當(dāng)一個(gè)組件調(diào)用進(jìn)行SLA設(shè)置的組件時(shí)，調(diào)用方會根據(jù)被調(diào)用方的SLA參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其目的是在調(diào)用失敗的時(shí)候可以采取對應(yīng)的處理措施。例如，調(diào)用方發(fā)現(xiàn)被調(diào)用方的錯(cuò)誤率到達(dá)了70%，就會延遲5s再調(diào)用該組件。

如果被調(diào)用方的組件檢測到無法維護(hù)自身的SLA，它可以先發(fā)制人地告訴其調(diào)用者后退并稍后再回來。即，一旦被調(diào)用方自己感覺不太好了，就告訴調(diào)用方你等下再來訪問。

同時(shí)為了保持整體系統(tǒng)的健康，最好使用快速失敗的方式告知調(diào)用方，而不是在違反 SLA 的情況下讓調(diào)用方成功調(diào)用。需要注意的是，調(diào)用方和被調(diào)用方都必須進(jìn)行該設(shè)置。

保護(hù)調(diào)用者

超時(shí)：如果被調(diào)用的組件在其 SLA 設(shè)置范圍內(nèi)沒有響應(yīng)，調(diào)用者必須設(shè)置對應(yīng)的超時(shí)機(jī)制，或放棄又或者采用回退機(jī)制（即使拋出錯(cuò)誤），從而維護(hù)自己的 SLA 并防止一連串的 SLA 違規(guī)現(xiàn)象的發(fā)生。

重試：網(wǎng)絡(luò)不可靠性會引發(fā)分布式系統(tǒng)中的隨機(jī)錯(cuò)誤。假設(shè)在調(diào)用者自身的 SLA設(shè)置允許的情況下，可以進(jìn)行重試操作。重試操作的前提是被調(diào)用者需要支持操作的冪等性。即不論進(jìn)行多少次操作對數(shù)據(jù)狀態(tài)的改變也只算做一次。

斷路器：如果調(diào)用連續(xù)失敗，調(diào)用者可以通過“打開電路”的方式切斷連接并停止調(diào)用一段時(shí)間。由于調(diào)用者針對錯(cuò)誤場景有備份方案，從而可以節(jié)省調(diào)用者寶貴的資源，否者這些資源就會被浪費(fèi)掉。停止調(diào)用還可以減少被調(diào)用組件的負(fù)載，給其留有喘息的余地。

“斷路器庫”會對有問題的組件進(jìn)行定期輪詢，并在其可能恢復(fù)性能時(shí)重新啟動調(diào)用機(jī)制。

保護(hù)被調(diào)用者

隨機(jī)補(bǔ)償：雖然重試可以減少調(diào)用錯(cuò)誤發(fā)生的概率，但對于被頻繁調(diào)用的組件而言，出現(xiàn)小小的性能問題都會導(dǎo)致調(diào)用者進(jìn)行重試操作。在調(diào)用者足夠多的情況下，就會形成 “重試風(fēng)暴”，其結(jié)果會造成負(fù)載峰值并不利于被調(diào)用者的恢復(fù)。為了防止這種情況的發(fā)生，應(yīng)該設(shè)置隨機(jī)的重試時(shí)間間隔，使重試負(fù)載交錯(cuò)進(jìn)行。

背壓：如果一個(gè)組件檢測到自己承受過多的負(fù)載并且即將違反其 SLA，它可以搶先開始丟棄新請求，直到其性能得到控制。這比接受它知道它不能在 SLA 內(nèi)提供服務(wù)或沒有完全崩潰風(fēng)險(xiǎn)的請求要好得多。

在系統(tǒng)中建立緩沖區(qū)

1、異步通信

可以通過消息總線之類的異步通信方式，調(diào)用遠(yuǎn)程組件而無需非常嚴(yán)格的 SLA 參數(shù)規(guī)則。消息總線種存放要訪問被調(diào)用方的請求，被調(diào)用組件準(zhǔn)備好之后再處理這些請求，而不是立即處理請求，這樣系統(tǒng)就可以更加靈活地處理負(fù)載了。

2、彈性供應(yīng)

可擴(kuò)展性也可以通過利用硬件擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)。如果系統(tǒng)規(guī)模不斷增長，就需要分配更多硬件資源滿足系統(tǒng)的需求。雖然這種擴(kuò)展方式需要考慮成本，并在我們能夠承受的范圍里實(shí)現(xiàn)，但它也為抵御不可預(yù)測負(fù)載提供了最后一道防線。

原文鏈接：

??https://kislayverma.com/software-architecture/building-robust-distributed-systems/ ??

譯者介紹

崔皓，51CTO社區(qū)編輯，資深架構(gòu)師，擁有18年的軟件開發(fā)和架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，10年分布式架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。曾任惠普技術(shù)專家。樂于分享，撰寫了很多熱門技術(shù)文章，閱讀量超過60萬。《分布式架構(gòu)原理與實(shí)踐》作者。