一、什么是高并发

通常指通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。

高并发相关常用的一些指标

参数定义
响应时间系统对请求做出响应的时间。例如系统处理一个HTTP请求需要200ms,这个200ms就是系统的响应时间。
吞吐量单位时间内处理的请求数量。
QPS每秒响应请求数。在互联网领域,这个指标和吞吐量区分的没有这么明显。
并发用户数同时承载正常使用系统功能的用户数量。例如一个即时通讯系统,同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数。

二、如何提升系统的并发能力

互联网分布式架构设计,提高系统并发能力的方式,方法论上主要有两种:垂直扩展(Scale Up)与水平扩展(Scale Out)。

垂直扩展

提升单机处理能力。垂直扩展的方式又有两种:

  1. 增强单机硬件性能,例如:增加CPU核数如32核,升级更好的网卡如万兆,升级更好的硬盘如SSD,扩充硬盘容量如2T,扩充系统内存如128G,带宽;
  2. 提升单机架构性能,例如:使用Cache来减少IO次数,使用异步来增加单服务吞吐量,使用无锁数据结构来减少响应时间;

水平扩展

下面的图是常见的互联网分层架构

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常见互联网分布式架构

(1)客户端层:典型调用方是浏览器browser或者手机应用APP

(2)反向代理层:系统入口,反向代理

(3)站点应用层:实现核心应用逻辑,返回html或者json

(4)服务层:如果实现了服务化,就有这一层

(5)数据-缓存层:缓存加速访问存储

(6)数据-数据库层:数据库固化数据存储

各分层水平扩展架构实践

反向代理层的水平扩展: 配置多个服务器数量

反向代理层的水平扩展,是通过“DNS轮询”实现的:dns-server对于一个域名配置了多个解析ip,每次DNS解析请求来访问dns-server,会轮询返回这些ip。

当nginx成为瓶颈的时候,只要增加服务器数量,新增nginx服务的部署,增加一个外网ip,就能扩展反向代理层的性能,做到理论上的无限高并发。

站点层的水平扩展: 配置多个web服务

站点层的水平扩展,是通过“nginx”实现的。通过修改nginx.conf,可以设置多个web后端。

当web后端成为瓶颈的时候,新增web服务的部署,在nginx配置中配置上新的web后端,就能扩展站点层的性能,做到理论上的无限高并发。

服务层的水平扩展

1.服务层的水平扩展,是通过“服务连接池”实现的。

站点层通过RPC-client调用下游的服务层RPC-server时,RPC-client中的连接池会建立与下游服务多个连接,当服务成为瓶颈的时候,只要增加服务器数量,新增服务部署,在RPC-client处建立新的下游服务连接,就能扩展服务层性能,做到理论上的无限高并发。如果需要优雅的进行服务层自动扩容,这里可能需要配置中心里服务自动发现功能的支持。

2.动静分离,页面静态化,CDN加速

3.不要频繁的new对象,对于在整个应用中只需要存在一个实例的类使用单例模式

数据层的水平扩展:缓存,数据库

在数据量很大的情况下,数据层(缓存,数据库)涉及数据的水平扩展,将原本存储在一台服务器上的数据(缓存,数据库)水平拆分到不同服务器上去,以达到扩充系统性能的目的。

三、如何处理高并发线程安全问题

Java进程加锁

乐观锁与悲观锁

乐观锁

乐观锁是相对悲观锁来说的,它认为数据一般情况下不会造成冲突,所以在访问记录前不会加排他锁,而是在数据进行提交更新的时候,才会正式对数据的冲突与否进行检测,具体说根据update返回的行数让用户决定如何去做。乐观锁并不会使用数据库提供的锁机制,一般在表添加version字段或者使用业务状态来做。

悲观锁

悲观锁,指数据被外界修改持保守态度(悲观),在整个数据处理过程中,将数据处于锁定状态。 悲观锁的实现,往往依靠数据库提供的锁机制 。数据库中实现是对数据记录进行操作前,先给记录加排它锁,如果获取锁失败,则说明数据正在被其他线程修改,则等待或者抛出异常。如果加锁成功,则获取记录,对其修改,然后事务提交后释放排它锁。

一个例子:select * from 表 where .. for update;

悲观锁是先加锁再访问策略,处理加锁会让数据库产生额外的开销,还有增加产生死锁的机会,另外在多个线程只读情况下不会产生数据不一致行问题,没必要使用锁,只会增加系统负载,降低并发性,因为当一个事务锁定了该条记录,其他读该记录的事务只能等待。

乐观锁直到提交的时候才去锁定,所以不会产生任何锁和死锁。

参考: https://blog.csdn.net/DreamWeaver_zhou/article/details/78587580