如何设计一个支撑高并发大流量的系统?这次我将思路分享给大家

写在前面

最近不少小伙伴们都在问我：高并发专题我学了不少文章了，但是如何设计一个高并发的系统我还是一脸懵逼！这个问题怎么解决呢？其实，相信不只是问我的这些小伙伴有这个困惑，就连工作（入坑）了好几年的开发人员也都有这样的困惑：我学习了很多的高并发课程，也看了不少的高大上的文章，可就是不知道怎么去设计一个支撑高并发大流量的系统。针对小伙伴们的疑惑，这里，我就把一些设计高并发大流量的常规思路分享给大家，不一定完全正确，设计高并发大流量系统本来就是一个仁者见仁、智者见智的事情，只要是符合自身业务场景的架构思路，都是好的架构思路，架构本身来说就是没有一个完全正确的架构，而是尽量符合当时自身的业务场景，并且能够良好的支撑业务的负载。

高并发架构相关概念

什么是并发？

并发是指并发的访问，也就是某个时间点，有多少个访问同时到来；

通常如果一个系统的日PV在千万以上，有可能是一个高并发的系统，这里需要注意的是：只是有可能是一个高并发的系统，不一定是一个高并发的系统。

并发数和QPS是不同的概念，一般说QPS会说多少并发用户下QPS，当QPS相同时，并发用户数越大，网站并发处理能力越好。当并发用户数过大时，会造成进程（线程）频繁切换，反正真正用于处理请求的时间变少，每秒能够处理的请求数反而变少，同时用户的请求等待时间也会变大。 找到最佳线程数能够让web系统更稳定，效率更高。

并发数 = QPS*平均响应时间

高并发具体关心什么？

QPS： 每秒请求或查询的数量，在互联网领域，指每秒响应请求数；

吞吐量： 单位时间内处理的请求量（通常由QPS与并发数决定）；

响应时间： 从请求发出到收到响应花费的时间，例如一个系统处理一个HTTP请求需要100ms，这个100ms就是系统的响应时间；

PV： 综合浏览量，即页面浏览量或者点击量，一个访客在24小时内访问的页面数量；

UV： 独立访客 ，即一定时间范围内相同访客多次访问网站，只计算为一个独立的访客；

带宽： 计算带宽大小需要关注两个指标，峰值流量和页面的平均大小 ；

日网站带宽可以使用下面的公式来粗略计算：

日网站带宽=pv/统计时间（换算到秒）*平均页面大小（单位kB）*8

峰值一般是平均值的倍数；

QPS不等于并发连接数，QPS是每秒HTTP请求数量，并发连接数是系统同时处理的请求数量；

峰值每秒请求数（QPS） = (总PV数 * 80%) /（6小时秒数 * 20%）

压力测试： 测试能承受的最大并发，测试最大承受的QPS值。

测试工具（ab）： 目标是URL，可以创建多个访问线程对同一个URL进行访问（Nginx）；

ab的使用： 模拟并发请求100次（100个人），总共请求5000次（每个人请求5000次）

ab -c 100 -n 5000 待测试网站（内存和网络不超过最高限度的75%）

QPS达到50： 一般的服务器就可以应付；

QPS达到100： 假设关系型数据库的每次请求在0.01秒完成（理想），假设单页面只有一个SQL查询，那么100QPS意味着1秒中完成100次请求，但此时我们不能保证数据库查询能完成100次；

方案：数据库缓存层、数据库的负载均衡；

QPS达到800： 假设我们使用 百兆宽带，意味着网站出口的实际带宽是8M左右，假设每个页面是有10k，在这个并发的条件下，百兆带宽已经被吃完；

方案：CDN加速、负载均衡

QPS达到1000： 假设使用Redis缓存数据库查询数据，每个页面对Redis请求远大于直接对DB的请求；Redis的悲观并发数在5W左右，但有可能之前内网带宽已经被吃光，表现出不稳定；

方案：静态HTML缓存

QPS达到2000： 文件系统访问锁都成为了灾难；

方案：做业务分离，分布式存储；

高并发解决方案案例

流量优化： 防盗链处理（把一些恶意的请求拒之门外）

前端优化： 减少HTTP请求、添加异步请求、启用浏览器的缓存和文件压缩、CDN加速、建立独立的图片服务器；

服务端优化： 页面静态化处理、并发处理、队列处理；

数据库优化： 数据库的缓存、分库分表、分区操作、读写分离、负载均衡

Web服务器优化： 负载均衡

高并发下的经验公式

通过QPS和PV计算部署服务器的台数

单台服务器每天PV计算

公式1：每天总PV = QPS * 3600 * 6
公式2：每天总PV = QPS * 3600 * 8

服务器计算

服务器数量 =   ceil( 每天总PV / 单台服务器每天总PV )

峰值QPS和机器计算公式

原理： 每天80%的访问集中在20%的时间里，这20%时间叫做峰值时间

公式： ( 总PV数 * 80% ) / ( 每天秒数 * 20% ) = 峰值时间每秒请求数(QPS)

机器： 峰值时间每秒QPS / 单台机器的QPS = 需要的机器。

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