大型網站架構是一個系列文檔，歡迎大家關注。本次分享主題：電商網站架構案例。從電商網站的需求，到單機架構，逐步演變為常用的，可供參考的分布式架構的原型。除具備功能需求外，還具備一定的高性能，高可用，可伸縮，可擴展等非功能質量需求（架構目標）。
根據實際需要，進行改造，擴展，支持千萬PV，是沒問題的。
本次分享大綱
- 電商案例的原因
- 電商網站需求
- 網站初級架構
- 系統容量估算
- 網站架構分析
- 網站架構優化
- 架構總結
電商網站案例，一共有三篇本篇主要說明網站的需求，網站初始架構，系統容量估算方法。
一、電商案例的原因
分布式大型網站，目前看主要有幾類1.大型門戶，比如網易，新浪等；2.SNS網站，比如校內，開心網等；3.電商網站：比如阿里巴巴，京東商城，國美在線，汽車之家等。大型門戶一般是新聞類信息，可以使用CDN，靜態化等方式優化，開心網等交互性比較多，可能會引入更多的NOSQL，分布式緩存，使用高性能的通信框架等。電商網站具備以上兩類的特點，比如產品詳情可以采用CDN，靜態化，交互性高的需要采用NOSQL等技術。因此，我們采用電商網站作為案例，進行分析。
二、電商網站需求
客戶需求：
- 建立一個全品類的電子商務網站（B2C），用戶可以在線購買商品，可以在線支付，也可以貨到付款；
- 用戶購買時可以在線與客服溝通；
- 用戶收到商品后，可以給商品打分，評價；
- 目前有成熟的進銷存系統；需要與網站對接；
- 希望能夠支持3~5年，業務的發展；
- 預計3~5年用戶數達到1000萬；
- 定期舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動；
- 其他的功能參考京東或國美在線等網站。
客戶就是客戶，不會告訴你具體要什么，只會告訴你他想要什么，我們很多時候要引導，挖掘客戶的需求。好在提供了明確的參考網站。因此，下一步要進行大量的分析，結合行業，以及參考網站，給客戶提供方案。
其他的略~~~~~
需求功能矩陣
需求管理傳統的做法，會使用用例圖或模塊圖（需求列表）進行需求的描述。這樣做常常忽視掉一個很重要的需求（非功能需求），因此推薦大家使用需求功能矩陣，進行需求描述。
本電商網站的需求矩陣如下：
| 網站需求 | 功能需求 | 非功能需求 |
| 全品類的電子商務網站 | 分類管理，商品管理 | 方便進行多品類管理（靈活性）網站訪問速度要快（高性能） |
圖片存儲的要求（海量小圖片）用戶可以在線購買商品會員管理，購物車，結算功能良好購物體驗（可用性，性能）在線支付或貨到付款多種在線支付方式支付過程要安全，數據加密（安全性）多種支付接口靈活切換（靈活性，擴展性）可以在線與客服溝通在線客服功能可靠性：即時通訊商品打分評價商品評論 目前有成熟的進銷存系統對接進銷存屬於約束條件對接時要考慮數據一致性，魯棒性支持3~5年，業務的發展 屬於約束條件伸縮性，可擴展性3~5年用戶數達到1000萬 約束條件舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動活動管理，秒殺突增訪問流量（可伸縮）實時性要求（高性能）參考京東或國美在線 參考條件
以上是對電商網站需求的簡單舉例，目的是說明（1）需求分析的時候，要全面，大型分布式系統重點考慮非功能需求；（2）描述一個簡單的電商需求場景，使大家對下一步的分析設計有個依據。
三、網站初級架構
一般網站，剛開始的做法，是三台服務器，一台部署應用，一台部署數據庫，一台部署NFS文件系統。
這是前幾年比較傳統的做法，之前見到一個網站10萬多會員，垂直服裝設計門戶，N多圖片。使用了一台服務器部署了應用，數據庫以及圖片存儲。出現了很多性能問題。
如下圖：
但是，目前主流的網站架構已經發生了翻天覆地的變化。一般都會采用集群的方式，進行高可用設計。至少是下面這個樣子。
（1） 使用集群對應用服務器進行冗余，實現高可用；（負載均衡設備可與應用一塊部署）
使用數據庫主備模式，實現數據備份和高可用；
四、系統容量預估
預估步驟：
- 注冊用戶數-日均UV量-每日的PV量-每天的並發量；
- 峰值預估：平常量的2~3倍；
- 根據並發量（並發，事務數），存儲容量計算系統容量。
客戶需求：3~5年用戶數達到1000萬注冊用戶；
每秒並發數預估：
- 每天的UV為200萬（二八原則）；
- 每日每天點擊瀏覽30次；
- PV量：200*30=6000萬；
- 集中訪問量：24*0.2=4.8小時會有6000萬*0.8=4800萬（二八原則）；
- 每分並發量：4.8*60=288分鍾，每分鍾訪問4800/288=16.7萬（約等於）；
- 每秒並發量：16.7萬/60=2780（約等於）；
- 假設：高峰期為平常值的三倍，則每秒的並發數可以達到8340次。
- 1毫秒=1.3次訪問；
沒好好學數學后悔了吧？！（不知道以上算是否有錯誤，呵呵~~）
服務器預估：（以tomcat服務器舉例）
- 按一台web服務器，支持每秒300個並發計算。平常需要10台服務器（約等於）；[tomcat默認配置是150]
- 高峰期：需要30台服務器；
容量預估：70/90原則
系統CPU一般維持在70%左右的水平，高峰期達到90%的水平，是不浪費資源，並比較穩定的。內存，IO類似。
以上預估僅供參考，因為服務器配置，業務邏輯復雜度等都有影響。在此CPU，硬盤，網絡等不再進行評估。
五、網站架構分析
根據以上預估，有幾個問題：
- 需要部署大量的服務器，高峰期計算，可能要部署30台Web服務器。並且這三十台服務器，只有秒殺，活動時才會用到，存在大量的浪費。
- 所有的應用部署在同一台服務器，應用之間耦合嚴重。需要進行垂直切分和水平切分。
- 大量應用存在冗余代碼
- 服務器SESSION同步耗費大量內存和網絡帶寬
- 數據需要頻繁訪問數據庫，數據庫訪問壓力巨大。
大型網站一般需要做以下架構優化（優化是架構設計時，就要考慮的，一般從架構/代碼級別解決，調優主要是簡單參數的調整，比如JVM調優；如果調優涉及大量代碼改造，就不是調優了，屬於重構）：
- 業務拆分
- 應用集群部署（分布式部署，集群部署和負載均衡）
- 多級緩存
- 單點登錄（分布式Session）
- 數據庫集群（讀寫分離，分庫分表）
- 服務化
- 消息隊列
- 其他技術
六、網站架構優化
6.1業務拆分
根據業務屬性進行垂直切分，划分為產品子系統，購物子系統，支付子系統，評論子系統，客服子系統，接口子系統（對接如進銷存，短信等外部系統）。
根據業務子系統進行等級定義，可分為核心系統和非核心系統。核心系統：產品子系統，購物子系統，支付子系統；非核心：評論子系統，客服子系統，接口子系統。
業務拆分作用：提升為子系統可由專門的團隊和部門負責，專業的人做專業的事，解決模塊之間耦合以及擴展性問題；每個子系統單獨部署，避免集中部署導致一個應用掛了，全部應用不可用的問題。
等級定義作用：用於流量突發時，對關鍵應用進行保護，實現優雅降級；保護關鍵應用不受到影響。
拆分后的架構圖：
參考部署方案2
- 如上圖每個應用單獨部署
- 核心系統和非核心系統組合部署
6.2應用集群部署（分布式，集群，負載均衡）
分布式部署：將業務拆分后的應用單獨部署，應用直接通過RPC進行遠程通信；
集群部署：電商網站的高可用要求，每個應用至少部署兩台服務器進行集群部署；
負載均衡：是高可用系統必須的，一般應用通過負載均衡實現高可用，分布式服務通過內置的負載均衡實現高可用，關系型數據庫通過主備方式實現高可用。
集群部署后架構圖：
6.3 多級緩存
緩存按照存放的位置一般可分為兩類本地緩存和分布式緩存。本案例采用二級緩存的方式，進行緩存的設計。一級緩存為本地緩存，二級緩存為分布式緩存。（還有頁面緩存，片段緩存等，那是更細粒度的划分）
一級緩存，緩存數據字典，和常用熱點數據等基本不可變/有規則變化的信息，二級緩存緩存需要的所有緩存。當一級緩存過期或不可用時，訪問二級緩存的數據。如果二級緩存也沒有，則訪問數據庫。
緩存的比例，一般1:4，即可考慮使用緩存。（理論上是1:2即可）。
根據業務特性可使用以下緩存過期策略：
- 緩存自動過期；
- 緩存觸發過期；
6.4單點登錄（分布式Session）
系統分割為多個子系統，獨立部署后，不可避免的會遇到會話管理的問題。一般可采用Session同步，Cookies，分布式Session方式。電商網站一般采用分布式Session實現。
再進一步可以根據分布式Session，建立完善的單點登錄或賬戶管理系統。
流程說明
- 用戶第一次登錄時，將會話信息（用戶Id和用戶信息），比如以用戶Id為Key，寫入分布式Session；
- 用戶再次登錄時，獲取分布式Session，是否有會話信息，如果沒有則調到登錄頁；
- 一般采用Cache中間件實現，建議使用Redis，因此它有持久化功能，方便分布式Session宕機后，可以從持久化存儲中加載會話信息；
- 存入會話時，可以設置會話保持的時間，比如15分鍾，超過后自動超時；
結合Cache中間件，實現的分布式Session，可以很好的模擬Session會話。
6.5數據庫集群（讀寫分離，分庫分表）
大型網站需要存儲海量的數據，為達到海量數據存儲，高可用，高性能一般采用冗余的方式進行系統設計。一般有兩種方式讀寫分離和分庫分表。
讀寫分離：一般解決讀比例遠大於寫比例的場景，可采用一主一備，一主多備或多主多備方式。
本案例在業務拆分的基礎上，結合分庫分表和讀寫分離。如下圖：
- 業務拆分后：每個子系統需要單獨的庫；
- 如果單獨的庫太大，可以根據業務特性，進行再次分庫，比如商品分類庫，產品庫；
- 分庫后，如果表中有數據量很大的，則進行分表，一般可以按照Id，時間等進行分表；（高級的用法是一致性Hash）
- 在分庫，分表的基礎上，進行讀寫分離；
相關中間件可參考Cobar（阿里，目前已不在維護），TDDL（阿里），Atlas（奇虎360），MyCat（在Cobar基礎上，國內很多牛人，號稱國內第一開源項目）。
分庫分表后序列的問題，JOIN，事務的問題，會在分庫分表主題分享中，介紹。
6.6服務化
將多個子系統公用的功能/模塊，進行抽取，作為公用服務使用。比如本案例的會員子系統就可以抽取為公用的服務。
6.7消息隊列
消息隊列可以解決子系統/模塊之間的耦合，實現異步，高可用，高性能的系統。是分布式系統的標准配置。本案例中，消息隊列主要應用在購物，配送環節。
- 用戶下單后，寫入消息隊列，后直接返回客戶端；
- 庫存子系統：讀取消息隊列信息，完成減庫存；
- 配送子系統：讀取消息隊列信息，進行配送；
目前使用較多的MQ有Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ，MS MQ等，需要根據具體的業務場景進行選擇。建議可以研究下Rabbit MQ。
6.8其他架構（技術）
除了以上介紹的業務拆分，應用集群，多級緩存，單點登錄，數據庫集群，服務化，消息隊列外。還有CDN，反向代理，分布式文件系統，大數據處理等系統。
此處不詳細介紹，大家可以問度娘/Google，有機會的話也可以分享給大家。
七、架構總結
以上是本次分享的架構總結，其中細節可參考前面分享的內容。其中還有很多可以優化和細化的地方，因為是案例分享，主要針對重要部分做了介紹，工作中需要大家根據具體的業務場景進行架構設計。
以上是電商網站架構案例的分享一共有三篇，從電商網站的需求，到單機架構，逐步演變為常用的，可供參考的分布式架構的原型。除具備功能需求外，還具備一定的高性能，高可用，可伸縮，可擴展等非功能質量需求（架構目標）。
大型網站架構系列：電商網站架構案例，首發於博客 - 伯樂在線。
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