什麼是高并發？
高并發（High Concurrency）是網際網路分布式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它通常是指，通過設計保證系統能夠同時并行處理很多請求。
高并發相關的常見名額有哪些？
- 響應時間（Response Time）
- 吞吐量（Throughput）
- 每秒查詢率QPS（Query Per Second）
- 并發使用者數
什麼是響應時間？系統對請求做出響應的時間。
例如：系統處理一個HTTP請求需要200ms，這個200ms就是系統的響應時間。
什麼是吞吐量？
機關時間内處理的請求數量。
什麼是QPS？
每秒響應請求數。在網際網路領域，這個名額和吞吐量區分的沒有這麼明顯。
什麼是并發使用者數？
同時承載正常使用系統功能的使用者數量。
例如：一個即時通訊系統，同時線上量一定程度上代表了系統的并發使用者數。
如何提升系統的并發能力？
網際網路分布式架構設計，提高系統并發能力的方式，方法論上主要有兩種：
- 垂直擴充（Scale Up）
- 水準擴充（Scale Out）
什麼是垂直擴充？
垂直擴充是指，提升單機處理能力，垂直擴充的方式又有兩種：
（1）增強單機硬體性能，例如：增加CPU核數如32核，更新更好的網卡如萬兆，更新更好的硬碟如SSD，擴充硬碟容量如2T，擴充系統記憶體如128G；
（2）提升單機架構性能，例如：使用Cache來減少IO次數，使用異步來增加單服務吞吐量，使用無鎖資料結構來減少響應時間；
畫外音：在網際網路業務發展非常迅猛的早期，如果預算不是問題，強烈建議使用“增強單機硬體性能”的方式提升系統并發能力，因為這個階段，公司的戰略往往是發展業務搶時間，而“增強單機硬體性能”往往是最快的方法。
垂直擴充有什麼瓶頸？
不管是提升單機硬體性能，還是提升單機架構性能，都有一個緻命的不足：單機性能總是有極限的。
如何突破單機的極限？
網際網路分布式架構設計，高并發終極解決方案還是水準擴充。
什麼是水準擴充？
隻要增加伺服器數量，就能線性擴充系統性能。
常見的網際網路分層架構如何？
各層該如何落地水準擴充？
常見網際網路分布式架構如上，分為：
（1）用戶端層：典型調用方是浏覽器browser或者手機應用APP；
（2）反向代理層：系統入口，反向代理；
（3）站點應用層：實作核心應用邏輯，傳回html或者json；
（4）服務層：如果實作了服務化，就有這一層；
（5）資料-緩存層：緩存加速通路存儲；
（6）資料-資料庫層：資料庫固化資料存儲；
要想真個系統支援水準擴充，就必須每一層都支援水準擴充。
反向代理層如何進行水準擴充？
反向代理層的水準擴充，是通過“DNS輪詢”實作的：dns-server對于一個域名配置了多個解析ip，每次DNS解析請求來通路dns-server，會輪詢傳回這些ip。
當nginx成為瓶頸的時候，隻要增加伺服器數量，新增nginx服務的部署，增加一個外網ip，就能擴充反向代理層的性能，做到理論上的無限高并發。
站點層如何進行水準擴充？
站點層的水準擴充，是通過“nginx”實作的，通過修改nginx.conf，可以設定多個web後端。
畫外音：nginx是個例子，有可能是LVS或者F5等反向代理。
當web後端成為瓶頸的時候，隻要增加伺服器數量，新增web服務的部署，在nginx配置中配置上新的web後端，就能擴充站點層的性能，做到理論上的無限高并發。
服務層如何進行水準擴充？
服務層的水準擴充，是通過“服務連接配接池”實作的。
站點層通過RPC-client調用下遊的服務層RPC-server時，RPC-client中的連接配接池會建立與下遊服務多個連接配接，當服務成為瓶頸的時候，隻要增加伺服器數量，新增服務部署，在RPC-client處建立新的下遊服務連接配接，就能擴充服務層性能，做到理論上的無限高并發。
畫外音：如果需要優雅的進行服務層自動擴容，這裡可能需要配置中心裡服務自動發現功能的支援。
資料層如何進行水準擴充？
在資料量很大的情況下，資料層（緩存，資料庫）涉及資料的水準擴充，将原本存儲在一台伺服器上的資料（緩存，資料庫）水準拆分到不同伺服器上去，以達到擴充系統性能的目的。
網際網路資料層常見的水準拆分方式有這麼幾種，以資料庫為例：
一、按照範圍水準拆分
每一個資料服務，存儲一定範圍的資料，上圖為例：
- user0庫，存儲uid範圍1-1kw
- user1庫，存儲uid範圍1kw-2kw
這個方案的好處是：
（1）規則簡單，service隻需判斷一下uid範圍就能路由到對應的存儲服務；
（2）資料均衡性較好；
（3）比較容易擴充，可以随時加一個uid[2kw,3kw]的資料服務；
不足是：
（1）請求的負載不一定均衡，一般來說，新注冊的使用者會比老使用者更活躍，大range的服務請求壓力會更大；
二、按照哈希水準拆分
每一個資料庫，存儲某個key值hash後的部分資料，上圖為例：
- user0庫，存儲偶數uid資料
- user1庫，存儲奇數uid資料
（1）規則簡單，service隻需對uid進行hash能路由到對應的存儲服務；
（3）請求均勻性較好；
（1）不容易擴充，擴充一個資料服務，hash方法改變時候，可能需要進行資料遷移；
通過水準拆分來擴充系統性能，與主從同步讀寫分離來擴充資料庫性能，有什麼本質的不同？
畫外音：這兩個方案千萬别搞混。
通過水準拆分擴充資料庫性能：
（1）每個伺服器上存儲的資料量是總量的1/n，是以單機的性能也會有提升；
（2）n個伺服器上的資料沒有交集，那個伺服器上資料的并集是資料的全集；
（3）資料水準拆分到了n個伺服器上，理論上讀性能擴充了n倍，寫性能也擴充了n倍（其實遠不止n倍，因為單機的資料量變為了原來的1/n）；
通過主從同步讀寫分離擴充資料庫性能：
（1）每個伺服器上存儲的資料量是和總量相同；
（2）n個伺服器上的資料都一樣，都是全集；
（3）理論上讀性能擴充了n倍，寫仍然是單點，寫性能不變；
緩存層的水準拆分和資料庫層的水準拆分類似，也是以範圍拆分和哈希拆分的方式居多，就不再展開。
總結
提高系統并發能力的方法主要有兩種：
前者垂直擴充可以通過提升單機硬體性能，或者提升單機架構性能，來提高并發性，但單機性能總是有極限的，網際網路分布式架構設計高并發終極解決方案還是後者：水準擴充。
網際網路分層架構中，各層次水準擴充的實踐又有所不同：
（1）反向代理層可以通過“DNS輪詢”的方式來進行水準擴充；
（2）站點層可以通過nginx來進行水準擴充；
（3）服務層可以通過服務連接配接池來進行水準擴充；
（4）資料庫可以按照資料範圍，或者資料哈希的方式來進行水準擴充；
各層實施水準擴充後，能夠通過增加伺服器數量的方式來提升系統的性能，做到理論上的性能無限。
思路比結論重要。
本文轉自“架構師之路”公衆号，58沈劍提供。