三高架构分析
张阳
（石家庄铁道大学，河北省石家庄市，050043）
摘要：随提到互联网设计。出现最多的词就是三高，三高就是高并发、高性能、高可用。他们是互联网系统架构设计永恒的主题。高并发需要考虑的指标，什么是高性能。性能测试的方法有哪些。高可用的定义。
关键词：高并发 高性能 高可用
一、高并发（High Concurrency)
高并发是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。
对于高并发来说，它的指标有：
响应时间：系统对进来的请求反应的时间，比如你打开一个页面需要1秒，那么这1秒就是响应时间。
吞吐量：吞吐量是指每秒能处理多少请求数量。秒查询率：秒查询率是指每秒响应请求数，和吞吐量差不多。
并发用户数：同时承载正常使用系统功能的用户数量。
二、高性能（High performance）
高性能是指程序处理速度非常快，所占内存少，cpu占用率低。高性能的指标经常和高并发的指标紧密相关，想要提高性能，那么就要提高系统发并发能力，两者互相捆绑在一起。应用性能优化的时候，对于计算密集型和IO密集型还是有很大差别，需要分开来考虑。还有可以增加服务器的数量，内存，IO等参数提升系统的并发能力和性能，但不要浪费资源，要考虑硬件的使用率最高才能发挥到极致。
优化网站性能的方法很多，从浏览器到数据库都可以对网站进行优化，比如：
在浏览器端，可以通过浏览器缓存、使用页面压缩、合理布局页面、减少Cookie传输等手段改善性能。
还可以使用CDN，将网站静态内容分发至离用户最近的网络服务商机房，使用户通过最短访问路径获取数据。可以在网站机房部署反向代理服务器，缓存热点文件，加快请求响应速度，减轻应用服务器负载压力。
在应用服务器端，可以使用服务器本地缓存和分布式缓存，通过缓存在内存中的热点数据处理用户请求，加快请求处理过程,减轻数据库负载压力。
也可以通过异步操作将用户请求发送至消息队列等待后续任务处理，而当前请求直接返回响应给用户。
在网站有很多用户高并发请求的情况下，可以将多台应用服务器组成一个集群共同对外服务，提高整体处理能力，改善性能。
在代码层面，也可以通过使用多线程、改善内存管理等手段优化性能。
在数据库服务器端，索引、缓存、SQL优化等性能优化手段都已经比较成熟。而方兴未艾的 NoSQL数据库通过优化数据模型、存储结构、伸缩特性等手段在性能方面的优势也日趋明显。
下面将介绍一些性能测试的方法：
性能测试是一个总称，具体可细分为性能测试、负载测试、压力测试、稳定性测试。
（1）性能测试
以系统设计初期规划的性能指标为预期目标，对系统不断施加压力，验证系统在资源可接受范围内，是否能达到性能预期。
（2）负载测试
对系统不断地增加并发请求以增加系统压力，直到系统的某项或多项性能指标达到安全临界值，如某种资源已经呈饱和状态，这时继续对系统施加压力，系统的处理能力不但不能提高，反而会下降。
（3）压力测试
超过安全负载的情况下，对系统继续施加压力，直到系统崩溃或不能再处理任何请求，以此获得系统最大压力承受能力。
（4）稳定性测试
被测试系统在特定硬件、软件、网络环境条件下，给系统加载一定业务压力，使系统运行一段较长时间，以此检测系统是否稳定。在不同生产环境、不同时间点的请求压力是不均匀的，呈波浪特性，因此为了更好地模拟生产环境，稳定性测试也应不均匀地对系统施加压力。
三、高可用（High Availability）
系统高可用是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计减少系统不能提供服务的时间。高可用注意如果使用单机，一旦挂机将导致服务不可用，可以使用集群来代替单机，一台服务器挂了，还有其他后备服务器能够顶上。或者使用分布式部署项。比如现在redis的高可用的集群方案有： Redis单副本，Redis多副本（主从），Redis Sentinel（哨兵），Redis Cluster，Redis自研。
一个典型的网站设计通常为如下图的基本分层架构模型：
网站高可用的主要手段是冗余，应用部署在多台服务器上同时提供访问，数据存储在多台服务器上互相备份，任何一台服务器宕机都不会影响应用的整体可用，也不会导致数据丢失。
对于应用服务器而言，多台应用服务器通过负载均衡设备组成一个集群共同对外提供服务，任何一台服务器宕机，只需把请求切换到其他服务器就可实现应用的高可用，但是一个前提条件是应用服务器上不能保存请求的会话信息。否则服务器宕机，会话丢失，即使将用户请求转发到其他服务器上也无法完成业务处理。
对于存储服务器，由于其上存储着数据，需要对数据进行实时备份，当服务器宕机时需要将数据访问转移到可用的服务器上，并进行数据恢复以保证继续有服务器宕机的时候数据依然可用。
除了运行环境，网站的高可用还需要软件开发过程的质量保证。通过预发布验证、自动化测试、自动化发布、灰度发布等手段，减少将故障引入线上环境的可能，避免故障范围扩大。
衡量一个系统架构设计是否满足高可用的目标，就是假设系统中任何一台或者多台服务器宕机时，以及出现各种不可预期的问题时，系统整体是否依然可用。
四、结论
在架构设计过程中。高并发、高性能，高可用是永远绕不过去的话题。