想要徹底搞懂“異地多活”，看完這篇就夠了
[導(dǎo)讀]在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，「異地多活」是分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一座高峰，很多人經(jīng)常聽(tīng)過(guò)它，但很少人理解其中的原理。異地多活到底是什么？為什么需要異地多活？它到底解決了什么問(wèn)題？究竟是怎么解決的？這些疑問(wèn)，想必是每個(gè)程序看到異地多活這個(gè)名詞時(shí)，都想要搞明白的問(wèn)題。有幸，我曾經(jīng)深度參與過(guò)一個(gè)中等...
在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，「異地多活」是分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一座高峰，很多人經(jīng)常聽(tīng)過(guò)它，但很少人理解其中的原理。
異地多活到底是什么？為什么需要異地多活？它到底解決了什么問(wèn)題？究竟是怎么解決的？這些疑問(wèn)，想必是每個(gè)程序看到異地多活這個(gè)名詞時(shí)，都想要搞明白的問(wèn)題。有幸，我曾經(jīng)深度參與過(guò)一個(gè)中等互聯(lián)網(wǎng)公司，建設(shè)異地多活系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程。所以今天，我就來(lái)和你聊一聊異地多活背后的的實(shí)現(xiàn)原理。認(rèn)真讀完這篇文章，我相信你會(huì)對(duì)異地多活架構(gòu)，有更加深刻的理解。這篇文章干貨很多，希望你可以耐心讀完。
2021 年 7 月 13 日，B 站部分服務(wù)器機(jī)房發(fā)生故障，造成整站持續(xù) 3 個(gè)小時(shí)無(wú)法訪問(wèn)
2021 年 10 月 9 日，富途證券服務(wù)器機(jī)房發(fā)生電力閃斷故障，造成用戶 2 個(gè)小時(shí)無(wú)法登陸、交易
…可見(jiàn)，即使機(jī)房級(jí)別的防護(hù)已經(jīng)做得足夠好，但只要有「概率」出問(wèn)題，那現(xiàn)實(shí)情況就有可能發(fā)生。雖然概率很小，但一旦真的發(fā)生，影響之大可見(jiàn)一斑。看到這里你可能會(huì)想，機(jī)房出現(xiàn)問(wèn)題的概率也太小了吧，工作了這么多年，也沒(méi)讓我碰上一次，有必要考慮得這么復(fù)雜嗎？但你有沒(méi)有思考這樣一個(gè)問(wèn)題：不同體量的系統(tǒng)，它們各自關(guān)注的重點(diǎn)是什么？體量很小的系統(tǒng)，它會(huì)重點(diǎn)關(guān)注「用戶」規(guī)模、增長(zhǎng)，這個(gè)階段獲取用戶是一切。等用戶體量上來(lái)了，這個(gè)階段會(huì)重點(diǎn)關(guān)注「性能」，優(yōu)化接口響應(yīng)時(shí)間、頁(yè)面打開(kāi)速度等等，這個(gè)階段更多是關(guān)注用戶體驗(yàn)。等體量再大到一定規(guī)模后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，「可用性」就變得尤為重要。像微信、支付寶這種全民級(jí)的應(yīng)用，如果機(jī)房發(fā)生一次故障，那整個(gè)影響范圍可以說(shuō)是非常巨大的。所以，再小概率的風(fēng)險(xiǎn)，我們?cè)谔岣呦到y(tǒng)可用性時(shí)，也不能忽視。分析了風(fēng)險(xiǎn)，再說(shuō)回我們的架構(gòu)。那到底該怎么應(yīng)對(duì)機(jī)房級(jí)別的故障呢？沒(méi)錯(cuò)，還是冗余。
異地多活到底是什么？為什么需要異地多活？它到底解決了什么問(wèn)題？究竟是怎么解決的？這些疑問(wèn)，想必是每個(gè)程序看到異地多活這個(gè)名詞時(shí)，都想要搞明白的問(wèn)題。有幸，我曾經(jīng)深度參與過(guò)一個(gè)中等互聯(lián)網(wǎng)公司，建設(shè)異地多活系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程。所以今天，我就來(lái)和你聊一聊異地多活背后的的實(shí)現(xiàn)原理。認(rèn)真讀完這篇文章，我相信你會(huì)對(duì)異地多活架構(gòu)，有更加深刻的理解。這篇文章干貨很多，希望你可以耐心讀完。
01 系統(tǒng)可用性
要想理解異地多活，我們需要從架構(gòu)設(shè)計(jì)的原則說(shuō)起。現(xiàn)如今，我們開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件系統(tǒng)，對(duì)其要求越來(lái)越高，如果你了解一些「架構(gòu)設(shè)計(jì)」的要求，就知道一個(gè)好的軟件架構(gòu)應(yīng)該遵循以下 3 個(gè)原則：- 高性能
- 高可用
- 易擴(kuò)展
- 平均故障間隔 MTBF（Mean Time Between Failure）：表示兩次故障的間隔時(shí)間，也就是系統(tǒng)「正常運(yùn)行」的平均時(shí)間，這個(gè)時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明系統(tǒng)穩(wěn)定性越高
- 故障恢復(fù)時(shí)間 MTTR（Mean Time To Repair）：表示系統(tǒng)發(fā)生故障后「恢復(fù)的時(shí)間」，這個(gè)值越小，故障對(duì)用戶的影響越小
可用性（Availability）= MTBF / (MTBF MTTR) * 100%這個(gè)公式得出的結(jié)果是一個(gè)「比例」，通常我們會(huì)用「N 個(gè) 9」來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)的可用性。從這張圖你可以看到，要想達(dá)到 4 個(gè) 9 以上的可用性，平均每天故障時(shí)間必須控制在 10 秒以內(nèi)。也就是說(shuō)，只有故障的時(shí)間「越短」，整個(gè)系統(tǒng)的可用性才會(huì)越高，每提升 1 個(gè) 9，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)提出更高的要求。我們都知道，系統(tǒng)發(fā)生故障其實(shí)是不可避免的，尤其是規(guī)模越大的系統(tǒng)，發(fā)生問(wèn)題的概率也越大。這些故障一般體現(xiàn)在 3 個(gè)方面：
- 硬件故障：CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器
- 軟件問(wèn)題：代碼 Bug、版本迭代
- 不可抗力：地震、水災(zāi)、火災(zāi)、戰(zhàn)爭(zhēng)
02 單機(jī)架構(gòu)
我們從最簡(jiǎn)單的開(kāi)始講起。假設(shè)你的業(yè)務(wù)處于起步階段，體量非常小，那你的架構(gòu)是這樣的：這個(gè)架構(gòu)模型非常簡(jiǎn)單，客戶端請(qǐng)求進(jìn)來(lái)，業(yè)務(wù)應(yīng)用讀寫數(shù)據(jù)庫(kù)，返回結(jié)果，非常好理解。但需要注意的是，這里的數(shù)據(jù)庫(kù)是「單機(jī)」部署的，所以它有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：一旦遭遇意外，例如磁盤損壞、操作系統(tǒng)異常、誤刪數(shù)據(jù)，那這意味著所有數(shù)據(jù)就全部「丟失」了，這個(gè)損失是巨大的。如何避免這個(gè)問(wèn)題呢？我們很容易想到一個(gè)方案：備份。你可以對(duì)數(shù)據(jù)做備份，把數(shù)據(jù)庫(kù)文件「定期」cp 到另一臺(tái)機(jī)器上，這樣，即使原機(jī)器丟失數(shù)據(jù)，你依舊可以通過(guò)備份把數(shù)據(jù)「恢復(fù)」回來(lái)，以此保證數(shù)據(jù)安全。這個(gè)方案實(shí)施起來(lái)雖然比較簡(jiǎn)單，但存在 2 個(gè)問(wèn)題：- 恢復(fù)需要時(shí)間：業(yè)務(wù)需先停機(jī)，再恢復(fù)數(shù)據(jù)，停機(jī)時(shí)間取決于恢復(fù)的速度，恢復(fù)期間服務(wù)「不可用」
- 數(shù)據(jù)不完整：因?yàn)槭嵌ㄆ趥浞?，?shù)據(jù)肯定不是「最新」的，數(shù)據(jù)完整程度取決于備份的周期
03 主從副本
你可以在另一臺(tái)機(jī)器上，再部署一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，讓這個(gè)新實(shí)例成為原實(shí)例的「副本」，讓兩者保持「實(shí)時(shí)同步」，就像這樣：我們一般把原實(shí)例叫作主庫(kù)（master），新實(shí)例叫作從庫(kù)（slave）。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)在于：- 數(shù)據(jù)完整性高：主從副本實(shí)時(shí)同步，數(shù)據(jù)「差異」很小
- 抗故障能力提升：主庫(kù)有任何異常，從庫(kù)可隨時(shí)「切換」為主庫(kù)，繼續(xù)提供服務(wù)
- 讀性能提升：業(yè)務(wù)應(yīng)用可直接讀從庫(kù)，分擔(dān)主庫(kù)「壓力」讀壓力
04 風(fēng)險(xiǎn)不可控
現(xiàn)在讓我們把視角下放，把焦點(diǎn)放到具體的「部署細(xì)節(jié)」上來(lái)。按照前面的分析，為了避免單點(diǎn)故障，你的應(yīng)用雖然部署了多臺(tái)機(jī)器，但這些機(jī)器的分布情況，我們并沒(méi)有去深究。而一個(gè)機(jī)房有很多服務(wù)器，這些服務(wù)器通常會(huì)分布在一個(gè)個(gè)「機(jī)柜」上，如果你使用的這些機(jī)器，剛好在一個(gè)機(jī)柜，還是存在風(fēng)險(xiǎn)。如果恰好連接這個(gè)機(jī)柜的交換機(jī) / 路由器發(fā)生故障，那么你的應(yīng)用依舊有「不可用」的風(fēng)險(xiǎn)。雖然交換機(jī) / 路由器也做了路線冗余，但不能保證一定不出問(wèn)題。部署在一個(gè)機(jī)柜有風(fēng)險(xiǎn)，那把這些機(jī)器打散，分散到不同機(jī)柜上，是不是就沒(méi)問(wèn)題了？這樣確實(shí)會(huì)大大降低出問(wèn)題的概率。但我們依舊不能掉以輕心，因?yàn)闊o(wú)論怎么分散，它們總歸還是在一個(gè)相同的環(huán)境下：機(jī)房。那繼續(xù)追問(wèn)，機(jī)房會(huì)不會(huì)發(fā)生故障呢？一般來(lái)講，建設(shè)一個(gè)機(jī)房的要求其實(shí)是很高的，地理位置、溫濕度控制、備用電源等等，機(jī)房廠商會(huì)在各方面做好防護(hù)。但即使這樣，我們每隔一段時(shí)間還會(huì)看到這樣的新聞：2015 年 5 月 27 日，杭州市某地光纖被挖斷，近 3 億用戶長(zhǎng)達(dá) 5 小時(shí)無(wú)法訪問(wèn)支付寶
2021 年 7 月 13 日，B 站部分服務(wù)器機(jī)房發(fā)生故障，造成整站持續(xù) 3 個(gè)小時(shí)無(wú)法訪問(wèn)
2021 年 10 月 9 日，富途證券服務(wù)器機(jī)房發(fā)生電力閃斷故障，造成用戶 2 個(gè)小時(shí)無(wú)法登陸、交易
…可見(jiàn)，即使機(jī)房級(jí)別的防護(hù)已經(jīng)做得足夠好，但只要有「概率」出問(wèn)題，那現(xiàn)實(shí)情況就有可能發(fā)生。雖然概率很小，但一旦真的發(fā)生，影響之大可見(jiàn)一斑。看到這里你可能會(huì)想，機(jī)房出現(xiàn)問(wèn)題的概率也太小了吧，工作了這么多年，也沒(méi)讓我碰上一次，有必要考慮得這么復(fù)雜嗎？但你有沒(méi)有思考這樣一個(gè)問(wèn)題：不同體量的系統(tǒng)，它們各自關(guān)注的重點(diǎn)是什么？體量很小的系統(tǒng)，它會(huì)重點(diǎn)關(guān)注「用戶」規(guī)模、增長(zhǎng)，這個(gè)階段獲取用戶是一切。等用戶體量上來(lái)了，這個(gè)階段會(huì)重點(diǎn)關(guān)注「性能」，優(yōu)化接口響應(yīng)時(shí)間、頁(yè)面打開(kāi)速度等等，這個(gè)階段更多是關(guān)注用戶體驗(yàn)。等體量再大到一定規(guī)模后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，「可用性」就變得尤為重要。像微信、支付寶這種全民級(jí)的應(yīng)用，如果機(jī)房發(fā)生一次故障，那整個(gè)影響范圍可以說(shuō)是非常巨大的。所以，再小概率的風(fēng)險(xiǎn)，我們?cè)谔岣呦到y(tǒng)可用性時(shí)，也不能忽視。分析了風(fēng)險(xiǎn)，再說(shuō)回我們的架構(gòu)。那到底該怎么應(yīng)對(duì)機(jī)房級(jí)別的故障呢？沒(méi)錯(cuò)，還是冗余。
05 同城災(zāi)備
想要抵御「機(jī)房」級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)，那應(yīng)對(duì)方案就不能局限在一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)了。現(xiàn)在，你需要做機(jī)房級(jí)別的冗余方案，也就是說(shuō)，你需要再搭建一個(gè)機(jī)房，來(lái)部署你的服務(wù)。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，你可以在「同一個(gè)城市」再搭建一個(gè)機(jī)房，原機(jī)房我們叫作 A 機(jī)房，新機(jī)房叫 B 機(jī)房，這兩個(gè)機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)用一條「專線」連通。有了新機(jī)房，怎么把它用起來(lái)呢？這里還是要優(yōu)先考慮「數(shù)據(jù)」風(fēng)險(xiǎn)。為了避免 A 機(jī)房故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，所以我們需要把數(shù)據(jù)在 B 機(jī)房也存一份。最簡(jiǎn)單的方案還是和前面提到的一樣：備份。A 機(jī)房的數(shù)據(jù)，定時(shí)在 B 機(jī)房做備份（拷貝數(shù)據(jù)文件），這樣即使整個(gè) A 機(jī)房遭到嚴(yán)重的損壞，B 機(jī)房的數(shù)據(jù)不會(huì)丟，通過(guò)備份可以把數(shù)據(jù)「恢復(fù)」回來(lái)，重啟服務(wù)。這種方案，我們稱之為「冷備」。為什么叫冷備呢？因?yàn)?B 機(jī)房只做備份，不提供實(shí)時(shí)服務(wù)，它是冷的，只會(huì)在 A 機(jī)房故障時(shí)才會(huì)啟用。但備份的問(wèn)題依舊和之前描述的一樣：數(shù)據(jù)不完整、恢復(fù)數(shù)據(jù)期間業(yè)務(wù)不可用，整個(gè)系統(tǒng)的可用性還是無(wú)法得到保證。所以，我們還是需要用「主從副本」的方式，在 B 機(jī)房部署 A 機(jī)房的數(shù)據(jù)副本，架構(gòu)就變成了這樣：這樣，就算整個(gè) A 機(jī)房掛掉，我們?cè)?B 機(jī)房也有比較「完整」的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是保住了，但這時(shí)你需要考慮另外一個(gè)問(wèn)題：如果 A 機(jī)房真掛掉了，要想保證服務(wù)不中斷，你還需要在 B 機(jī)房「緊急」做這些事情：- B 機(jī)房所有從庫(kù)提升為主庫(kù)
- 在 B 機(jī)房部署應(yīng)用，啟動(dòng)服務(wù)
- 部署接入層，配置轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則
- DNS 指向 B 機(jī)房，接入流量，業(yè)務(wù)恢復(fù)
- B 機(jī)房所有從庫(kù)提升為主庫(kù)
- DNS 指向 B 機(jī)房，接入流量，業(yè)務(wù)恢復(fù)
06 同城雙活
我們繼續(xù)來(lái)看這個(gè)架構(gòu)。雖然我們有了應(yīng)對(duì)機(jī)房故障的解決方案，但這里有個(gè)問(wèn)題是我們不能忽視的：A 機(jī)房掛掉，全部流量切到 B 機(jī)房，B 機(jī)房能否真的如我們所愿，正常提供服務(wù)？這是個(gè)值得思考的問(wèn)題。這就好比有兩支軍隊(duì) A 和 B，A 軍隊(duì)歷經(jīng)沙場(chǎng)，作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富，而 B 軍隊(duì)只是后備軍，除了有軍人的基本素養(yǎng)之外，并沒(méi)有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，戰(zhàn)斗經(jīng)驗(yàn)基本為 0。如果 A 軍隊(duì)喪失戰(zhàn)斗能力，需要 B 軍隊(duì)立即頂上時(shí)，作為指揮官的你，肯定也會(huì)擔(dān)心 B 軍隊(duì)能否真的擔(dān)此重任吧？我們的架構(gòu)也是如此，此時(shí)的 B 機(jī)房雖然是隨時(shí)「待命」?fàn)顟B(tài)，但 A 機(jī)房真的發(fā)生故障，我們要把全部流量切到 B 機(jī)房，其實(shí)是不敢百分百保證它可以「如期」工作的。你想，我們?cè)谝粋€(gè)機(jī)房?jī)?nèi)部署服務(wù)，還總是發(fā)生各種各樣的問(wèn)題，例如：發(fā)布應(yīng)用的版本不一致、系統(tǒng)資源不足、操作系統(tǒng)參數(shù)不一樣等等?，F(xiàn)在多部署一個(gè)機(jī)房，這些問(wèn)題只會(huì)增多，不會(huì)減少。另外，從「成本」的角度來(lái)看，我們新部署一個(gè)機(jī)房，需要購(gòu)買服務(wù)器、內(nèi)存、硬盤、帶寬資源，花費(fèi)成本也是非常高昂的，只讓它當(dāng)一個(gè)后備軍，未免也太「大材小用」了！因此，我們需要讓 B 機(jī)房也接入流量，實(shí)時(shí)提供服務(wù)，這樣做的好處，一是可以實(shí)時(shí)訓(xùn)練這支后備軍，讓它達(dá)到與 A 機(jī)房相同的作戰(zhàn)水平，隨時(shí)可切換，二是 B 機(jī)房接入流量后，可以分擔(dān) A 機(jī)房的流量壓力。這才是把 B 機(jī)房資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮最大化的最好方案！那怎么讓 B 機(jī)房也接入流量呢？很簡(jiǎn)單，就是把 B 機(jī)房的接入層 IP 地址，加入到 DNS 中，這樣，B 機(jī)房從上層就可以有流量進(jìn)來(lái)了。但這里有一個(gè)問(wèn)題：別忘了，B 機(jī)房的存儲(chǔ)，現(xiàn)在可都是 A 機(jī)房的「從庫(kù)」，從庫(kù)默認(rèn)可都是「不可寫」的，B 機(jī)房的寫請(qǐng)求打到本機(jī)房存儲(chǔ)上，肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)，這還是不符合我們預(yù)期。怎么辦？這時(shí)，你就需要在「業(yè)務(wù)應(yīng)用」層做改造了。你的業(yè)務(wù)應(yīng)用在操作數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要區(qū)分「讀寫分離」（一般用中間件實(shí)現(xiàn)），即兩個(gè)機(jī)房的「讀」流量，可以讀任意機(jī)房的存儲(chǔ)，但「寫」流量，只允許寫 A 機(jī)房，因?yàn)橹鲙?kù)在 A 機(jī)房。這會(huì)涉及到你用的所有存儲(chǔ)，例如項(xiàng)目中用到了 MySQL、Redis、MongoDB 等等，操作這些數(shù)據(jù)庫(kù)，都需要區(qū)分讀寫請(qǐng)求，所以這塊需要一定的業(yè)務(wù)「改造」成本。因?yàn)?A 機(jī)房的存儲(chǔ)都是主庫(kù)，所以我們把 A 機(jī)房叫做「主機(jī)房」，B 機(jī)房叫「從機(jī)房」。兩個(gè)機(jī)房部署在「同城」，物理距離比較近，而且兩個(gè)機(jī)房用「專線」網(wǎng)絡(luò)連接，雖然跨機(jī)房訪問(wèn)的延遲，比單個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)要大一些，但整體的延遲還是可以接受的。業(yè)務(wù)改造完成后，B 機(jī)房可以慢慢接入流量，從 10%、30%、50% 逐漸覆蓋到 100%，你可以持續(xù)觀察 B 機(jī)房的業(yè)務(wù)是否存在問(wèn)題，有問(wèn)題及時(shí)修復(fù)，逐漸讓 B 機(jī)房的工作能力，達(dá)到和 A 機(jī)房相同水平。現(xiàn)在，因?yàn)?B 機(jī)房實(shí)時(shí)接入了流量，此時(shí)如果 A 機(jī)房掛了，那我們就可以「大膽」地把 A 的流量，全部切換到 B 機(jī)房，完成快速切換！到這里你可以看到，我們部署的 B 機(jī)房，在物理上雖然與 A 有一定距離，但整個(gè)系統(tǒng)從「邏輯」上來(lái)看，我們是把這兩個(gè)機(jī)房看做一個(gè)「整體」來(lái)規(guī)劃的，也就是說(shuō)，相當(dāng)于把 2 個(gè)機(jī)房當(dāng)作 1 個(gè)機(jī)房來(lái)用。這種架構(gòu)方案，比前面的同城災(zāi)備更「進(jìn)了一步」，B 機(jī)房實(shí)時(shí)接入了流量，還能應(yīng)對(duì)隨時(shí)的故障切換，這種方案我們把它叫做「同城雙活」。因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)房都能處理業(yè)務(wù)請(qǐng)求，這對(duì)我們系統(tǒng)的內(nèi)部維護(hù)、改造、升級(jí)提供了更多的可實(shí)施空間（流量隨時(shí)切換），現(xiàn)在，整個(gè)系統(tǒng)的彈性也變大了，是不是更爽了？那這種架構(gòu)有什么問(wèn)題呢？07 兩地三中心
還是回到風(fēng)險(xiǎn)上來(lái)說(shuō)。雖然我們把 2 個(gè)機(jī)房當(dāng)做一個(gè)整體來(lái)規(guī)劃，但這 2 個(gè)機(jī)房在物理層面上，還是處于「一個(gè)城市」內(nèi)，如果是整個(gè)城市發(fā)生自然災(zāi)害，例如地震、水災(zāi)（河南水災(zāi)剛過(guò)去不久），那 2 個(gè)機(jī)房依舊存在「全局覆沒(méi)」的風(fēng)險(xiǎn)。真是防不勝防?。吭趺崔k？沒(méi)辦法，繼續(xù)冗余。但這次冗余機(jī)房，就不能部署在同一個(gè)城市了，你需要把它放到距離更遠(yuǎn)的地方，部署在「異地」。通常建議兩個(gè)機(jī)房的距離要在 1000 公里以上，這樣才能應(yīng)對(duì)城市級(jí)別的災(zāi)難。假設(shè)之前的 A、B 機(jī)房在北京，那這次新部署的 C 機(jī)房可以放在上海。按照前面的思路，把 C 機(jī)房用起來(lái)，最簡(jiǎn)單粗暴的方案還就是做「冷備」，即定時(shí)把 A、B 機(jī)房的數(shù)據(jù)，在 C 機(jī)房做備份，防止數(shù)據(jù)丟失。這種方案，就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的「兩地三中心」。兩地是指 2 個(gè)城市，三中心是指有 3 個(gè)機(jī)房，其中 2 個(gè)機(jī)房在同一個(gè)城市，并且同時(shí)提供服務(wù)，第 3 個(gè)機(jī)房部署在異地，只做數(shù)據(jù)災(zāi)備。這種架構(gòu)方案，通常用在銀行、金融、政企相關(guān)的項(xiàng)目中。它的問(wèn)題還是前面所說(shuō)的，啟用災(zāi)備機(jī)房需要時(shí)間，而且啟用后的服務(wù)，不確定能否如期工作。所以，要想真正的抵御城市級(jí)別的故障，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)公司，開(kāi)始實(shí)施「異地雙活」。
08 偽異地雙活
這里，我們還是分析 2 個(gè)機(jī)房的架構(gòu)情況。我們不再把 A、B 機(jī)房部署在同一個(gè)城市，而是分開(kāi)部署，例如 A 機(jī)房放在北京，B 機(jī)房放在上海。前面我們講了同城雙活，那異地雙活是不是直接「照搬」同城雙活的模式去部署就可以了呢？事情沒(méi)你想的那么簡(jiǎn)單。如果還是按照同城雙活的架構(gòu)來(lái)部署，那異地雙活的架構(gòu)就是這樣的：注意看，兩個(gè)機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)「跨城專線」連通的。此時(shí)兩個(gè)機(jī)房都接入流量，那上海機(jī)房的請(qǐng)求，可能要去讀寫北京機(jī)房的存儲(chǔ)，這里存在一個(gè)很大的問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)延遲。因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)房距離較遠(yuǎn)，受到物理距離的限制，現(xiàn)在，兩地之間的網(wǎng)絡(luò)延遲就變成了「不可忽視」的因素了。北京到上海的距離大約 1300 公里，即使架設(shè)一條高速的「網(wǎng)絡(luò)專線」，光纖以光速傳輸，一個(gè)來(lái)回也需要近 10ms 的延遲。況且，網(wǎng)絡(luò)線路之間還會(huì)經(jīng)歷各種路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)際延遲可能會(huì)達(dá)到 30ms ~ 100ms，如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生抖動(dòng)，延遲甚至?xí)_(dá)到 1 秒。不止是延遲，遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)專線質(zhì)量，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)房?jī)?nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的，專線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會(huì)發(fā)生延遲、丟包、甚至中斷的情況?？傊荒苓^(guò)度信任和依賴「跨城專線」。你可能會(huì)問(wèn)，這點(diǎn)延遲對(duì)業(yè)務(wù)影響很大嗎？影響非常大！試想，一個(gè)客戶端請(qǐng)求打到上海機(jī)房，上海機(jī)房要去讀寫北京機(jī)房的存儲(chǔ)，一次跨機(jī)房訪問(wèn)延遲就達(dá)到了 30ms，這大致是機(jī)房?jī)?nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（0.5 ms）訪問(wèn)速度的 60 倍（30ms / 0.5ms），一次請(qǐng)求慢 60 倍，來(lái)回往返就要慢 100 倍以上。而我們?cè)?App 打開(kāi)一個(gè)頁(yè)面，可能會(huì)訪問(wèn)后端幾十個(gè) API，每次都跨機(jī)房訪問(wèn)，整個(gè)頁(yè)面的響應(yīng)延遲有可能就達(dá)到了秒級(jí)，這個(gè)性能簡(jiǎn)直慘不忍睹，難以接受。看到了么，雖然我們只是簡(jiǎn)單的把機(jī)房部署在了「異地」，但「同城雙活」的架構(gòu)模型，在這里就不適用了，還是按照這種方式部署，這是「?jìng)萎惖仉p活」！那如何做到真正的異地雙活呢？
09 真正的異地雙活
既然「跨機(jī)房」調(diào)用延遲是不容忽視的因素，那我們只能盡量避免跨機(jī)房「調(diào)用」，規(guī)避這個(gè)延遲問(wèn)題。也就是說(shuō)，上海機(jī)房的應(yīng)用，不能再「跨機(jī)房」去讀寫北京機(jī)房的存儲(chǔ)，只允許讀寫上海本地的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)「就近訪問(wèn)」，這樣才能避免延遲問(wèn)題。還是之前提到的問(wèn)題：上海機(jī)房存儲(chǔ)都是從庫(kù)，不允許寫入啊，除非我們只允許上海機(jī)房接入「讀流量」，不接收「寫流量」，否則無(wú)法滿足不再跨機(jī)房的要求。很顯然，只讓上海機(jī)房接收讀流量的方案不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)楹苌儆许?xiàng)目是只有讀流量，沒(méi)有寫流量的。所以這種方案還是不行，這怎么辦？此時(shí)，你就必須在「存儲(chǔ)層」做改造了。要想上海機(jī)房讀寫本機(jī)房的存儲(chǔ)，那上海機(jī)房的存儲(chǔ)不能再是北京機(jī)房的從庫(kù)，而是也要變?yōu)椤钢鲙?kù)」。你沒(méi)看錯(cuò)，兩個(gè)機(jī)房的存儲(chǔ)必須都是「主庫(kù)」，而且兩個(gè)機(jī)房的數(shù)據(jù)還要「互相同步」數(shù)據(jù)，即客戶端無(wú)論寫哪一個(gè)機(jī)房，都能把這條數(shù)據(jù)同步到另一個(gè)機(jī)房。因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)機(jī)房都擁有「全量數(shù)據(jù)」，才能支持任意切換機(jī)房，持續(xù)提供服務(wù)。怎么實(shí)現(xiàn)這種「雙主」架構(gòu)呢？它們之間如何互相同步數(shù)據(jù)？如果你對(duì) MySQL 有所了解，MySQL 本身就提供了雙主架構(gòu)，它支持雙向復(fù)制數(shù)據(jù)，但平時(shí)用的并不多。而且 Redis、MongoDB 等數(shù)據(jù)庫(kù)并沒(méi)有提供這個(gè)功能，所以，你必須開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的「數(shù)據(jù)同步中間件」來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向同步的功能。此外，除了數(shù)據(jù)庫(kù)這種有狀態(tài)的軟件之外，你的項(xiàng)目通常還會(huì)使用到消息隊(duì)列，例如 RabbitMQ、Kafka，這些也是有狀態(tài)的服務(wù)，所以它們也需要開(kāi)發(fā)雙向同步的中間件，支持任意機(jī)房寫入數(shù)據(jù)，同步至另一個(gè)機(jī)房。看到了么，這一下子復(fù)雜度就上來(lái)了，單單針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、隊(duì)列開(kāi)發(fā)同步中間件，就需要投入很大精力了。業(yè)界也開(kāi)源出了很多數(shù)據(jù)同步中間件，例如阿里的 Canal、RedisShake、MongoShake，可分別在兩個(gè)機(jī)房同步 MySQL、Redis、MongoDB 數(shù)據(jù)。很多有能力的公司，也會(huì)采用自研同步中間件的方式來(lái)做，例如餓了么、攜程、美團(tuán)都開(kāi)發(fā)了自己的同步中間件。我也有幸參與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了 MySQL、Redis/Codis、MongoDB 的同步中間件，有時(shí)間寫一篇文章詳細(xì)聊聊實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，歡迎持續(xù)關(guān)注。:)現(xiàn)在，整個(gè)架構(gòu)就變成了這樣：注意看，兩個(gè)機(jī)房的存儲(chǔ)層都互相同步數(shù)據(jù)的。有了數(shù)據(jù)同步中間件，就可以達(dá)到這樣的效果：
- 北京機(jī)房寫入 X = 1
- 上海機(jī)房寫入 Y = 2
- 數(shù)據(jù)通過(guò)中間件雙向同步
- 北京、上海機(jī)房都有 X = 1、Y = 2 的數(shù)據(jù)
- 用戶短時(shí)間內(nèi)發(fā)了 2 個(gè)修改請(qǐng)求，都是修改同一條數(shù)據(jù)
- 一個(gè)請(qǐng)求落在北京機(jī)房，修改 X = 1（還未同步到上海機(jī)房）
- 另一個(gè)請(qǐng)求落在上海機(jī)房，修改 X = 2（還未同步到北京機(jī)房）
- 兩個(gè)機(jī)房以哪個(gè)為準(zhǔn)？
- 第 1 個(gè)請(qǐng)求落到北京機(jī)房，北京機(jī)房時(shí)鐘是 10:01，修改 X = 1
- 第 2 個(gè)請(qǐng)求落到上海機(jī)房，上海機(jī)房時(shí)鐘是 10:00，修改 X = 2
10 如何實(shí)施異地雙活
既然自動(dòng)合并數(shù)據(jù)的方案實(shí)現(xiàn)成本高，那我們就要想，能否從源頭就「避免」數(shù)據(jù)沖突呢？這個(gè)思路非常棒！從源頭避免數(shù)據(jù)沖突的思路是：在最上層接入流量時(shí)，就不要讓沖突的情況發(fā)生。具體來(lái)講就是，要在最上層就把用戶「區(qū)分」開(kāi)，部分用戶請(qǐng)求固定打到北京機(jī)房，其它用戶請(qǐng)求固定打到上海 機(jī)房，進(jìn)入某個(gè)機(jī)房的用戶請(qǐng)求，之后的所有業(yè)務(wù)操作，都在這一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)完成，從根源上避免「跨機(jī)房」。所以這時(shí)，你需要在接入層之上，再部署一個(gè)「路由層」（通常部署在云服務(wù)器上），自己可以配置路由規(guī)則，把用戶「分流」到不同的機(jī)房?jī)?nèi)。但這個(gè)路由規(guī)則，具體怎么定呢？有很多種實(shí)現(xiàn)方式，最常見(jiàn)的我總結(jié)了 3 類：- 按業(yè)務(wù)類型分片
- 直接哈希分片
- 按地理位置分片
這里按業(yè)務(wù)類型在不同機(jī)房接入流量，還需要考慮多個(gè)應(yīng)用之間的依賴關(guān)系，要盡可能的把完成「相關(guān)」業(yè)務(wù)的應(yīng)用部署在同一個(gè)機(jī)房，避免跨機(jī)房調(diào)用。例如，訂單、支付服務(wù)有依賴關(guān)系，會(huì)產(chǎn)生互相調(diào)用，那這 2 個(gè)服務(wù)在 A 機(jī)房接入流量。社區(qū)、發(fā)帖服務(wù)有依賴關(guān)系，那這 2 個(gè)服務(wù)在 B 機(jī)房接入流量。2、直接哈希分片這種方案就是，最上層的路由層，會(huì)根據(jù)用戶 ID 計(jì)算「哈希」取模，然后從路由表中找到對(duì)應(yīng)的機(jī)房，之后把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到指定機(jī)房?jī)?nèi)。舉例：一共 200 個(gè)用戶，根據(jù)用戶 ID 計(jì)算哈希值，然后根據(jù)路由規(guī)則，把用戶 1 - 100 路由到北京機(jī)房，101 - 200 用戶路由到上海機(jī)房，這樣，就避免了同一個(gè)用戶修改同一條數(shù)據(jù)的情況發(fā)生。3、按地理位置分片這種方案，非常適合與地理位置密切相關(guān)的業(yè)務(wù)，例如打車、外賣服務(wù)就非常適合這種方案。拿外賣服務(wù)舉例，你要點(diǎn)外賣肯定是「就近」點(diǎn)餐，整個(gè)業(yè)務(wù)范圍相關(guān)的有商家、用戶、騎手，它們都是在相同的地理位置內(nèi)的。針對(duì)這種特征，就可以在最上層，按用戶的「地理位置」來(lái)做分片，分散到不同的機(jī)房。舉例：北京、河北地區(qū)的用戶點(diǎn)餐，請(qǐng)求只會(huì)打到北京機(jī)房，而上海、浙江地區(qū)的用戶，請(qǐng)求則只會(huì)打到上海機(jī)房。這樣的分片規(guī)則，也能避免數(shù)據(jù)沖突。
提醒：這 3 種常見(jiàn)的分片規(guī)則，第一次看不太好理解，建議配合圖多理解幾遍。搞懂這 3 個(gè)分片規(guī)則，你才能真正明白怎么做異地多活。總之，分片的核心思路在于，讓同一個(gè)用戶的相關(guān)請(qǐng)求，只在一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)完成所有業(yè)務(wù)「閉環(huán)」，不再出現(xiàn)「跨機(jī)房」訪問(wèn)。阿里在實(shí)施這種方案時(shí)，給它起了個(gè)名字，叫做「單元化」。
當(dāng)然，最上層的路由層把用戶分片后，理論來(lái)說(shuō)同一個(gè)用戶只會(huì)落在同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)，但不排除程序 Bug 導(dǎo)致用戶會(huì)在兩個(gè)機(jī)房「漂移」。安全起見(jiàn)，每個(gè)機(jī)房在寫存儲(chǔ)時(shí)，還需要有一套機(jī)制，能夠檢測(cè)「數(shù)據(jù)歸屬」，應(yīng)用層操作存儲(chǔ)時(shí)，需要通過(guò)中間件來(lái)做「兜底」，避免不該寫本機(jī)房的情況發(fā)生。（篇幅限制，這里不展開(kāi)講，理解思路即可）現(xiàn)在，兩個(gè)機(jī)房就可以都接收「讀寫」流量（做好分片的請(qǐng)求），底層存儲(chǔ)保持「雙向」同步，兩個(gè)機(jī)房都擁有全量數(shù)據(jù)，當(dāng)任意機(jī)房故障時(shí)，另一個(gè)機(jī)房就可以「接管」全部流量，實(shí)現(xiàn)快速切換，簡(jiǎn)直不要太爽。不僅如此，因?yàn)闄C(jī)房部署在異地，我們還可以更細(xì)化地「優(yōu)化」路由規(guī)則，讓用戶訪問(wèn)就近的機(jī)房，這樣整個(gè)系統(tǒng)的性能也會(huì)大大提升。
這里還有一種情況，是無(wú)法做數(shù)據(jù)分片的：全局?jǐn)?shù)據(jù)。例如系統(tǒng)配置、商品庫(kù)存這類需要強(qiáng)一致的數(shù)據(jù)，這類服務(wù)依舊只能采用寫主機(jī)房，讀從機(jī)房的方案，不做雙活。雙活的重點(diǎn)，是要優(yōu)先保證「核心」業(yè)務(wù)先實(shí)現(xiàn)雙活，并不是「全部」業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)雙活。至此，我們才算實(shí)現(xiàn)了真正的「異地雙活」！
到這里你可以看出，完成這樣一套架構(gòu)，需要投入的成本是巨大的。路由規(guī)則、路由轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)同步中間件、數(shù)據(jù)校驗(yàn)兜底策略，不僅需要開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的中間件，同時(shí)還要業(yè)務(wù)配合改造（業(yè)務(wù)邊界劃分、依賴拆分）等一些列工作，沒(méi)有足夠的人力物力，這套架構(gòu)很難實(shí)施。
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