面向高并发的Web系统架构设计

摘要：近年来互联网的普及以及Web2.0技术的兴起和发展使得Web系统的用户数不断增多，系统在运行过程中面临着高并发对性能的挑战。大量的并发访问导致了网络阻塞、数据处理滞后、系统性能降低甚至运行瘫痪。该文分析了Web性能的影响因素，研究了面向高并发的Web系统架构设计，从数据访问、负载均衡、程序设计等方面提出了优化系统架构设计的方法和策略。

关键词：高并发 Web系统 负载均衡 架构设计

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（a）-0033-01

互联网的发展和Web编程技术相互促进，拥有数亿用户的Web系统在互联网中层出不穷，这些系统需要为海量用户提供高效的数据访问和应用服务。高并发是拥有大数量级别用户数的Web系统必须要面对和解决的问题和挑战。高并发访问使得系统每小时承担上千万的访问次数，为服务器的处理能力带来了巨大压力，如果没有对Web系统设计进行优化，将影响系统的运行速度，进而影响用户的访问体验，甚至导致Web系统服务中断。为了应对高并发，信息系统的运行与维护部门通常是采取增加服务器等硬件设备来进行系统扩充和升级的解决办法，然而硬件设备的成本预算并不能完全满足高并发对系统的性能要求，需要对Web系统进行架构设计优化来整合系统的软件和硬件，使其充分发挥出应有的功能和作用在高并发网络环境中提供良好的Web应用服务。

1 系统架构设计

1.1 高并发对Web系统性能的影响

高并发是指在同一时刻有大量用户访问对系统进行信息服务请求或者应用功能使用，高并发对系统的请求响应时间、数据处理速度、系统性能和可靠性都产生了影响。Web系统的服务资源包括网络带宽、页面缓存、系统内存、数据存储、数据处理和应用服务等，当用户在远端访问Web系统时，Web系统将响应用户的访问请求在服务端进行资源调度。在访问用户数量较少的时候，Web系统的吞吐量还未达到饱和，可以保证为用户提供高性能和高可靠的信息服务；当访问用户数量较多的时候，Web系统的吞吐量趋近饱和，此时访问用户数量如果继续增加，Web系统的吞吐量由于资源紧张和进程死锁等原因将下降甚至产生阻塞，导致用户端请求得不到响应使得用户以为服务器出现了脱机现象。

1.2 系统框架设计

面向高并发的Web系统架构设计的核心思想是降低服务器端对资源调度和使用的程度，除了在程序设计应用高效的算法之外，在系统架构上可以采取数据缓存、负载均衡、内容分发、数据库调优等技术来降低服务器端的数据处理性能开销。高并发Web网站涉及了前台界面显示和数据录入、网络链路的数据传输和交互操作、后台数据处理、服务调用和数据存储等多个环节，对这些环节需要进行细致分析，掌握网站运行实现的技术细节从而优化系统体系结构来应对Web平台的高并发访问。面向高并发的Web系统框架由服务器、网络和数据存储等设备组成，这些设备在Web系统中不是简单的罗列和使用，需要应用特定的解决方案来减轻系统中服务端的负载压力。系统框架设计如图1所示。

2 解决方案

2.1 缓存访问

当网站面临高并发访问的时候，大量的用户向服务器提出了访问请求，这些请求需要服务器在短时间能提供响应。缓存的基本作用是在高速设备和低速设备之间构建一个数据缓冲区，对于网站而言，缓存技术的应用可以缓解服务器的处理压力，将动态查询转变成静态拷贝。缓存服务器解决方案从服务器的数量上可以分为集中缓存和分布式缓存，对于高并发Web系统通常采用后者。分布式缓存使用了CARP协议，能够将物理上多台缓存服务器在逻辑上集中成为一个统一的无重复缓存区。缓存服务器在应用上可以采用Memcached系统，为海量的缓存数据项建立索引，以此降低缓存查询的时间复杂度。

2.2 负载均衡

服务器数量的垂直扩展可以提高Web系统的处理性能，但是硬件设备的投入需要软件系统的配合才能发挥出最大的功效。负载均衡技术是高性能和可扩展服务器系统常用的解决Web访问性能瓶颈问题的方案之一。对于高并发Web系统而言，负载均衡包括HTTP重定向、DNS负载均衡、反向负载均衡、地址转换、内容分发、IP负载均衡、应用负载均衡等多个层面，其目的是将Web系统的网络带宽、数据吞吐量、系统计算、存储、进程调度等资源进行均衡分配，在整体上提高系统的性能。负载均衡解决方案在应用表现上分为硬件形式的负载均衡器和软件形式的集群系统，可以通过设置网络路由和系统服务程序进行部署和应用。

3 结语

从奥运订票网站到铁路订票网站，从亚马逊到淘宝商城，在互联网不断普及的今天高并发Web系统面临着前所未有的机遇和挑战。面向高并发的Web系统架构设计对Web系统的信息服务提供效率和效果有着重要的影响，在Web系统建设过程中至关重要。该文从缓存访问、负载均衡、数据库优化等方面对此进行了探讨，实际上，面向高并发的Web系统架构设计一直是Web系统研究的热点和难点，还有若干问题需要学术界和工业界去思考和解决。

参考文献

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