在如今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，分布式技術(shù)已經(jīng)是各種技術(shù)革命的先驅(qū)，它早已不再局限于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場景。諸如IoT物聯(lián)網(wǎng)、Mobile移動(dòng)計(jì)算、AI人工智能、Blockchain區(qū)塊鏈、Cloud云計(jì)算、Data大數(shù)據(jù)、Edge邊緣計(jì)算，無不都是以分布式技術(shù)為基石。在互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)領(lǐng)域，分布式技術(shù)更加是各大型互聯(lián)網(wǎng)公司和大型項(xiàng)目必然具備的技能。毫不夸張地說，沒有分布式技術(shù)就沒有如今的互聯(lián)網(wǎng)，也就沒有諸如阿里巴巴、騰訊這樣的巨無霸互聯(lián)網(wǎng)公司。

雖然各大互聯(lián)網(wǎng)公司都有或多或少的裁員計(jì)劃，但是分布式技術(shù)人才卻依然是各大公司爭奪的焦點(diǎn)，因?yàn)槟膫€(gè)公司更好的掌握了分布式技術(shù)，哪個(gè)公司就更容易在新一輪技術(shù)浪潮中獲得主動(dòng)。

接下來就通過分布式技術(shù)的起源來說明什么是分布式技術(shù)

單兵模式：單機(jī)模式

1946年情人節(jié)發(fā)布的ENIAC是世界上的第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，它占地170平米重達(dá)30噸，每秒可進(jìn)行5000次加法或者400次乘法運(yùn)算，標(biāo)志著單機(jī)模式的開始。

所謂單機(jī)模式是指，所有應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)均部署在一臺(tái)電腦或服務(wù)器上，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成所有的處理。

以火車票系統(tǒng)為例，包括用戶管理、火車票管理和訂單管理等模塊，每個(gè)模塊都包含自己的數(shù)據(jù)，單機(jī)模式下，所有的模塊和數(shù)據(jù)均會(huì)部署在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，整個(gè)系統(tǒng)所有的功能都部署在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。

如下圖，藍(lán)色虛線代表一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

圖片

這種模式的好處是功能、代碼和數(shù)據(jù)集中，便于維護(hù)、管理和執(zhí)行。

這種模式的缺點(diǎn)是對于大型系統(tǒng)來說，牽一發(fā)而動(dòng)全身，一個(gè)簡單功能的修改，就要以短時(shí)間停止整個(gè)系統(tǒng)的代價(jià)來進(jìn)行升級(jí)系統(tǒng)。

再就是隨著系統(tǒng)的不斷更新迭代，系統(tǒng)會(huì)越來越龐大，這對單個(gè)計(jì)算機(jī)的處理能力有極高的要求，單個(gè)計(jì)算機(jī)的處理能力取決于CPU和內(nèi)存等，但硬件的發(fā)展速度和性能是有限的，而且升級(jí)硬件的性價(jià)比也是我們要考慮的，由此決定了CPU和內(nèi)存等硬件的性能將成為單機(jī)模式的瓶頸。

然而所有的功能及數(shù)據(jù)都部署在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上面，那么系統(tǒng)能否正常運(yùn)行就依賴于這臺(tái)計(jì)算機(jī)是否健壯，計(jì)算機(jī)一旦宕機(jī)，那么整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓，不可用。

歸納一下，單機(jī)模式的主要問題是：性能受限、升級(jí)困難、存在單點(diǎn)失效問題。

多兵模式：數(shù)據(jù)分布式

單兵模式是就像是一個(gè)士兵執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，當(dāng)任務(wù)越來越多的時(shí)候，一個(gè)士兵累死也完不成目標(biāo)，那就多個(gè)士兵一起分做這些任務(wù)。

為解決單機(jī)模式的問題，并行計(jì)算得到了發(fā)展，進(jìn)而出現(xiàn)了數(shù)據(jù)并行（也叫作數(shù)據(jù)分布式）模式。

在這個(gè)模式下，數(shù)據(jù)并行強(qiáng)調(diào)對數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，并且應(yīng)用程序并行運(yùn)行，也就是將相同應(yīng)用程序部署在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上。要達(dá)到這個(gè)目的，我們必須首先把單機(jī)模式中的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分離，然后再實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的拆分。這里所說的任務(wù)就是提交的請求。

以鐵路售票系統(tǒng)為例，整個(gè)系統(tǒng)包含用戶管理模塊，火車票管理模塊，訂單模塊。

第一步，將應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離，分別部署到不同的服務(wù)器上：

第二步，對數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，比如把同一類型的數(shù)據(jù)拆分到兩個(gè)甚至更多的數(shù)據(jù)庫中，這樣應(yīng)用服務(wù)器上的任務(wù)就可以針對不同數(shù)據(jù)并行執(zhí)行了。

對于鐵路售票系統(tǒng)來說，根據(jù)線路將用戶、火車票和訂單數(shù)據(jù)拆分到不同的數(shù)據(jù)庫中，部署到不同的服務(wù)器上，比如京藏線的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1上的數(shù)據(jù)庫中，滬深線的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器2上的數(shù)據(jù)庫中。

圖片

這種模式的好處表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

1. 可以將大量的任務(wù)分門別類的分配給多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器，每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器對應(yīng)的數(shù)據(jù)也是獨(dú)立的，提高了數(shù)據(jù)訪問效率。這樣一來，相同的時(shí)間內(nèi)可以讓大量的任務(wù)并行處理，相比于單機(jī)模式，相同的時(shí)間內(nèi)能完成更多的任務(wù)量。
2. 計(jì)算機(jī)成本方面，因?yàn)槎嗯_(tái)部署，每臺(tái)計(jì)算機(jī)分?jǐn)側(cè)蝿?wù)數(shù)，實(shí)際每臺(tái)計(jì)算機(jī)處理的任務(wù)數(shù)不是很多，對計(jì)算機(jī)的配置要求不是很高，因此成本方面短期內(nèi)可能會(huì)略高于單機(jī)模式，但從長遠(yuǎn)來看，必然是低于單機(jī)模式的。

這種模式的缺點(diǎn)表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

1. 數(shù)據(jù)分布式模式的運(yùn)維復(fù)雜度相比于單機(jī)模式高很多：
   首先每臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器分?jǐn)側(cè)蝿?wù)數(shù)，那么哪些任務(wù)由哪臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器處理這個(gè)問題需要有方案解決，一般是通過負(fù)載均衡器分發(fā)任務(wù)，那是實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡器無疑提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
   其次隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，分?jǐn)偟矫颗_(tái)應(yīng)用服務(wù)器的任務(wù)數(shù)變的很大的時(shí)候，應(yīng)用服務(wù)器頻繁對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，很容易達(dá)到數(shù)據(jù)庫io瓶頸，此時(shí)就需要有方案解決數(shù)據(jù)庫io問題，一般采用的是數(shù)據(jù)庫讀寫分離，在進(jìn)行讀寫分離的時(shí)候又要特別注意主庫和從庫的數(shù)據(jù)一致性問題，這無疑提高了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。
   再就是業(yè)務(wù)中往往會(huì)使得一批數(shù)據(jù)成為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫訪問頻繁，即便是讀寫分離也無法抗住這瞬間爆發(fā)的請求量，這個(gè)時(shí)候不得不引入緩存機(jī)制，將數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存，但是內(nèi)存是有限的，這就要求緩存機(jī)制必須具備緩存失效，緩存預(yù)熱等功能，這無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

不難看出數(shù)據(jù)分布式模式本來就是任務(wù)數(shù)增多后的產(chǎn)物，那系統(tǒng)的復(fù)雜性也理所應(yīng)當(dāng)會(huì)升高，這無可厚非，好在目前市場上對以上的問題都有成熟的解決方案。

2.數(shù)據(jù)分布式模式實(shí)現(xiàn)了多請求并行處理，但是并沒有從根本上解決單個(gè)請求的性能問題，比方說一個(gè)請求在單機(jī)模式下需要幾天甚至更長的時(shí)間來完成，數(shù)據(jù)分布式模式下并沒有減少這個(gè)請求的完成時(shí)間。

由此可見，數(shù)據(jù)并行模式的主要問題是：對提升單個(gè)任務(wù)的執(zhí)行性能及降低時(shí)延無效。

多兵種模式：任務(wù)分布式

多兵模式將大量的任務(wù)進(jìn)行分?jǐn)偺幚恚總€(gè)大兵將任務(wù)從頭到尾處理完成，這樣保證了整體任務(wù)的處理效率，但是卻無法提高單個(gè)任務(wù)的處理效率。假設(shè)多兵模式是將同個(gè)兵種10名士兵組成一個(gè)團(tuán)體來完成任務(wù)，那么多兵種模式就是將多個(gè)兵種的士兵一共10名組成一個(gè)團(tuán)體來完成任務(wù)，在這個(gè)團(tuán)體中可能每個(gè)兵種有一個(gè)或者兩個(gè)或者三個(gè)士兵，在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候多個(gè)不同兵種的士兵共同完成一個(gè)任務(wù)。多兵種模式就是將任務(wù)進(jìn)行拆分，提高單個(gè)任務(wù)的效率

任務(wù)分布式指的是，將單個(gè)復(fù)雜的任務(wù)拆分為多個(gè)子任務(wù)，從而使得多個(gè)子任務(wù)可以在不同的計(jì)算機(jī)上并行執(zhí)行。 任務(wù)分布式模式強(qiáng)調(diào)的是對任務(wù)進(jìn)行拆分。就是將一個(gè)復(fù)雜的業(yè)務(wù)中的一條任務(wù)拆分成幾個(gè)子任務(wù)，這些子任務(wù)中有個(gè)是需要串行執(zhí)行，有的則可以并行執(zhí)行，而那些可以并行執(zhí)行的子任務(wù)就是提升整個(gè)任務(wù)效率的關(guān)鍵。

我們?nèi)砸澡F路售票系統(tǒng)為例，當(dāng)購買火車票的時(shí)候，整個(gè)購買業(yè)務(wù)流程為：查詢用戶，查詢火車票，下單購買。任務(wù)拆分前，這個(gè)業(yè)務(wù)流程是串行的，耗時(shí)為這三個(gè)操作的時(shí)間和，任務(wù)分布式模式下的做法是將用戶管理、火車票管理、訂單管理拆分成多個(gè)子系統(tǒng)分別運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上。這樣一來，查詢用戶和查詢火車票的子任務(wù)是可以同時(shí)進(jìn)行的，總耗時(shí)不再是兩者之和，而是兩者中最大的那個(gè)耗時(shí)，如下圖所示：

圖片

上面說的火車票的例子比較很籠統(tǒng)的，我們再拿一個(gè)電商的項(xiàng)目來說明下：

比如我們要買一個(gè)商品，商品頁面做了什么呢？商品頁面需要展示商品列表，推薦列表，商品類別展示，商家信息等等，在單機(jī)模式下，這些信息都將是一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成查詢的，那么這些操作將是串行的，無疑查詢時(shí)間是很長的，你或許會(huì)說利用多線程可以將不同的查詢并行操作，這樣也是可以減少耗時(shí)，但是你要知道不管有多少個(gè)線程并行，單臺(tái)計(jì)算機(jī)上的多線程并行其實(shí)都是cpu交替運(yùn)行（這里不考慮多cpu多核），說白了無非是在充分壓榨cpu的基礎(chǔ)上依然保持串行查詢。任務(wù)分布式模式下就會(huì)將推薦系統(tǒng)分離出來單獨(dú)部署在一臺(tái)服務(wù)器，將商品系統(tǒng)分離出來單獨(dú)部署一臺(tái)服務(wù)器，商家系統(tǒng)分離出來單獨(dú)部署一臺(tái)服務(wù)器，這樣在查詢商品列表的時(shí)候，商品系統(tǒng)可以利用多線程的方式并行調(diào)用推薦系統(tǒng)和商家系統(tǒng)分別查詢推薦列表和商家信息。這樣才能真正的實(shí)現(xiàn)并行查詢。

任務(wù)分布式的思想其實(shí)是任務(wù)拆分，但是拆分后的任務(wù)并不要求一定可以保持并行，對于一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，如果拆分出來的任務(wù)都必須保持串行才符合業(yè)務(wù)，那么拆分依然是有意義的，因?yàn)閷⒁粋€(gè)大的系統(tǒng)拆分成多個(gè)小的系統(tǒng)后，當(dāng)某個(gè)小功能需要升級(jí)時(shí)，只需要升級(jí)那個(gè)對應(yīng)的小的子系統(tǒng)即可，避免了牽一發(fā)而動(dòng)全身，而且代碼分開維護(hù)也會(huì)降低開發(fā)成本，這也是分而治之的上乘思想。

**多兵種模式在提供了更好的性能、擴(kuò)展性、可維護(hù)性的同時(shí)，也帶來了設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性問題 **

分布式是什么？

說了半天分布式發(fā)展歷程，那到底什么是分布式呢？

顧名思義，其實(shí)就是分開部署的方式，所謂分開是指龐大的數(shù)據(jù)體系分成小的可以獨(dú)立的數(shù)據(jù)體系，復(fù)雜的系統(tǒng)拆分成功能單一的小的子系統(tǒng)，拆分后的獨(dú)立體系各自部署在獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。換個(gè)說法就是將相同或相關(guān)的程序運(yùn)行在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的一種計(jì)算方式。

從這個(gè)定義來看，數(shù)據(jù)并行、任務(wù)并行其實(shí)都可以算作是分布式的一種形態(tài)。從這些計(jì)算方式的演變中不難看出，產(chǎn)生分布式的最主要驅(qū)動(dòng)力量，是我們對于性能、可用性及可擴(kuò)展性的不懈追求。

實(shí)現(xiàn)分布式涉及到哪些內(nèi)容呢？

我們上面只是對概念的闡述，其實(shí)實(shí)現(xiàn)分布式還是比較復(fù)雜的，會(huì)涉及到很多技術(shù)，但是仔細(xì)總結(jié)還是有章可循的，下圖基本可以概括分布式技術(shù)全部了吧。

圖片

這張圖是按照業(yè)務(wù)的架構(gòu)層次線，自底向上按照資源、通信、數(shù)據(jù)與計(jì)算的維度，梳理出了4個(gè)橫向技術(shù)層次：

1. 分布式資源池化
2. 分布式通信
3. 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理
4. 分布式計(jì)算

這樣的劃分符合業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，即“在一定資源上，進(jìn)行一定通信，通過一定計(jì)算，完成一定數(shù)據(jù)的加工和處理，從而對外提供特定的服務(wù)”。

其實(shí)上面的這句話是分布式技術(shù)的基礎(chǔ)：既然是分布式系統(tǒng)，那么計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）之間一定要通信，每個(gè)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）一定會(huì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，也一定會(huì)有業(yè)務(wù)邏輯處理（計(jì)算），還有不同的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)配置的以來程度也不一樣。

那么，通信是哪臺(tái)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）對哪臺(tái)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）通信，存儲(chǔ)是如何存儲(chǔ)，如果是多臺(tái)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）可以提供計(jì)算，那么由哪臺(tái)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）最終提供計(jì)算，如果多個(gè)計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）同時(shí)修改共享資源，那么如何保證不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題，如果計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）宕機(jī)，又該如何處理，這些問題的需要一個(gè)組織者，這個(gè)組織者進(jìn)行協(xié)同，調(diào)度，追蹤這些計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序），保證系統(tǒng)的高可用，數(shù)據(jù)一致性，同時(shí)還要兼顧性能和擴(kuò)展性。