基于SSH框架的高并發(fā)與高可用網(wǎng)站架構(gòu)的設(shè)計與開發(fā)

張鵬

摘要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟使得越來越多的用戶進入網(wǎng)絡(luò)，享受網(wǎng)絡(luò)給自己生活帶來的便捷。但是，用戶的增多給許多商業(yè)網(wǎng)站提出了新的挑戰(zhàn)。如何在大用戶量訪問網(wǎng)站時，保證網(wǎng)站的流暢度和穩(wěn)定性，成為判斷一個商業(yè)網(wǎng)站是否成功的顯著標志。該文基于SSH框架提出了一種高并發(fā)、高可用網(wǎng)站架構(gòu)以解決上述問題。首先利用SSH技術(shù)構(gòu)建服務(wù)器端，利用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群。通過Nginx技術(shù)實現(xiàn)多服務(wù)器間的負載均衡，減輕大訪問量單一服務(wù)器上的壓力，保證服務(wù)器的高可用性。同時，使用RabbitMQ消息隊列的異步處理機制，對訪問高峰期請求進行削峰處理，減少響應(yīng)所需時間，提高網(wǎng)站高并發(fā)處理能力。

關(guān)鍵詞：負載均衡;高并發(fā);高可用;消息隊列

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）27-0100-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟帶來了大量用戶的網(wǎng)站訪問需求，高并發(fā)[1]和高可用已經(jīng)成為對于一個成熟的商業(yè)網(wǎng)站必備的要求。而以往的單服務(wù)器網(wǎng)站面對高并發(fā)的情形時，極易導致單位時間內(nèi)服務(wù)器壓力驟增，既無法及時響應(yīng)用戶請求，而且容易導致服務(wù)器崩潰，降低系統(tǒng)可用性。面對以上問題，本系統(tǒng)采用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群[3]，保證在一臺服務(wù)器宕機的情況下，仍有其他服務(wù)器可用。并且通過Nginx技術(shù)實現(xiàn)多服務(wù)器間的負載均衡[2]，實現(xiàn)網(wǎng)站的高可用性。同時，使用RabbitMQ消息隊列[4-5]的異步處理機制，對訪問高峰期請求進行削峰處理，減少響應(yīng)所需時間，提高網(wǎng)站高并發(fā)處理能力。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計

網(wǎng)站整體架構(gòu)如圖1所示，當網(wǎng)站遭遇高并發(fā)時，大量的用戶請求從瀏覽器端進入到后臺服務(wù)器。此時Nginx會根據(jù)服務(wù)器權(quán)重優(yōu)先級進行請求分配，實現(xiàn)負載均衡，減輕單服務(wù)器處理壓力。為保證在高并發(fā)時，網(wǎng)站達到減少服務(wù)器響應(yīng)時間、增強用戶體驗度的目標，網(wǎng)站架構(gòu)中加入消息隊列服務(wù)器，通過其異步處理功能，使得網(wǎng)站系統(tǒng)在不影響響應(yīng)速度的同時，利用消息驅(qū)動機制，降低數(shù)據(jù)庫壓力，最終形成一個高并發(fā)、高可用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.1 服務(wù)器的設(shè)計

服務(wù)器端采用SSH框架技術(shù)進行設(shè)計，如圖2所示，采用SSH框架[6-8]進行服務(wù)器設(shè)計的優(yōu)點在于各個框架可以發(fā)揮各自在Web應(yīng)用各層上的特點，互相協(xié)同，實現(xiàn)“低耦合、高內(nèi)聚”的軟件系統(tǒng)設(shè)計思想。在JavaEE分層設(shè)計結(jié)構(gòu)中，Hibernate框架主要負責數(shù)據(jù)持久層，進行數(shù)據(jù)庫的交互處理工作;Struts框架專注于控制層工作，對用戶請求響應(yīng)進行控制調(diào)度;而Spring框架利用其IOC和AOP技術(shù)，貫穿于各層當中，負責整個Web項目中類的集中管理，通過IOC容器進行各類的實例化創(chuàng)建工作。并且借助于AOP技術(shù)[9]實現(xiàn)核心業(yè)務(wù)與輔助業(yè)務(wù)相分離，真正做到各模塊間低耦合的設(shè)計效果。

2.2 Nginx技術(shù)與服務(wù)器集群的分析與使用

當大量的用戶請求從瀏覽器端進入到后臺服務(wù)器時，如圖3所示，Nginx會根據(jù)服務(wù)器權(quán)重優(yōu)先級進行請求分配，將用戶請求進行分流，減輕單位時間單體服務(wù)器的請求處理壓力，實現(xiàn)負載均衡，減輕單服務(wù)器處理壓力。同時，Nginx在處理靜態(tài)文件的吞吐量優(yōu)于tomcat，通過Nginx的反向代理功能，實現(xiàn)動態(tài)資源請求與靜態(tài)資源請求相分離，即諸如css、png.js等靜態(tài)資源交由Nginx處理，而諸如jsp、servlet等動態(tài)資源交由tomcat處理，從而達到動靜分離的效果。本網(wǎng)站架構(gòu)充分利用集群理念，延伸服務(wù)器數(shù)量，形成服務(wù)器集群，保證在出現(xiàn)某一個服務(wù)器宕機的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)運行不斷檔，形成一個高可用性網(wǎng)站架構(gòu)。

2.3 消息隊列服務(wù)器的設(shè)計

當傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中遭遇高并發(fā)的情形時，如圖4所示，大量的用戶請求會直接與數(shù)據(jù)庫進行互動，導致數(shù)據(jù)庫瞬時壓力驟增，從而接受響應(yīng)的時間增加，嚴重影響用戶體驗。本網(wǎng)站架構(gòu)中使用RabbitMQ作為消息隊列使用，如圖5所示。消息隊列的引入使得用戶請求在到達消息隊列服務(wù)器時立即返回，之后由消息隊列的消費者進程獲取剛剛的數(shù)據(jù)，異步寫入數(shù)據(jù)庫。因消息隊列服務(wù)器在處理速度與伸縮性上均優(yōu)于數(shù)據(jù)庫，所以響應(yīng)速度得到大幅改善。

2.4 緩存機制的設(shè)計

在大并發(fā)量的情況下，大量的數(shù)據(jù)需要進行讀取操作，如果每次程序都需要向數(shù)據(jù)庫直接做查詢操作，則其所帶來的性能開銷顯而易見，頻繁的網(wǎng)絡(luò)傳輸也會大大降低系統(tǒng)的整體性能。因此cache的引入對于解決高并發(fā)問題非常有效，它能讓數(shù)據(jù)在本地內(nèi)存中保留一個鏡像，下次訪問時只需從內(nèi)存中直接獲取，對于網(wǎng)站整體性能提升明顯。

在hibernate框架中，一級緩存存在于Session中，屬于事務(wù)級數(shù)據(jù)緩沖。一旦事務(wù)結(jié)束，一級Cache也隨之失效。同時，如圖6所示，本網(wǎng)站架構(gòu)中增加第三方的數(shù)據(jù)庫連接池C3PO。因為建立數(shù)據(jù)庫連接時會消耗一定時間，所以采用數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)預(yù)先建立多條數(shù)據(jù)庫連接，并在將來持續(xù)使用，從而節(jié)約掉建立數(shù)據(jù)庫連所需時間，C3PO的引入對于高并發(fā)隨機訪問數(shù)據(jù)庫時的效率提升有很大幫助。

3 實驗

測試部分中，本文將上述所設(shè)計集群服務(wù)器架構(gòu)與傳統(tǒng)的單體服務(wù)器架構(gòu)相對比。通過JMeter發(fā)起海量并發(fā)數(shù)據(jù)請求，對兩種不同的架構(gòu)進行壓力測試，驗證其是否滿足高并發(fā)與高可用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求。表1展示了數(shù)據(jù)訪問性測試用例內(nèi)容。

為了保證數(shù)據(jù)訪問測試的可信度，本文分別從4個維度，對比兩種不同類型架構(gòu)數(shù)據(jù)訪問所需耗時。表2展示了在4種不同性能指標下，兩種不同類型架構(gòu)的性能數(shù)據(jù)。

如圖7所示，通過對比測試，本文網(wǎng)站架構(gòu)在TP90、TP95、TP99各維度中均大幅度優(yōu)于傳統(tǒng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)請求耗時相比之前更少、響應(yīng)速度更快、用戶體驗流暢度更優(yōu)。滿足一個高并發(fā)與高可用網(wǎng)站架構(gòu)要求。

4 總結(jié)

本文是基于SSH框架提出了一種高并發(fā)、高可用網(wǎng)站架構(gòu)。主要是在面臨海量用戶請求業(yè)務(wù)場景時，可以保證服務(wù)器快速響應(yīng)、運行平穩(wěn)，無差錯。本文在SSH構(gòu)建服務(wù)器的基礎(chǔ)上形成集群，并輔之以Nginx高性能技術(shù)、RabbitMQ消息隊列和緩存機制等。經(jīng)過壓力測試，網(wǎng)絡(luò)請求耗時顯著減少，證明了本文所述框架的有效性。

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