大型網站架構是一個系列文檔，歡迎大家關注。本次分享主題：電商網站架構案例。從電商網站的需求，到單機架構，逐步演變爲常用的，可供參考的分佈式架構的原型。除具備功能需求外，還具備一定的高性能，高可用，可伸縮，可擴展等非功能質量需求（架構目標）。
根據實際需要，進行改造，擴展，支持千萬PV，是沒問題的。
本次分享大綱
- 電商案例的原因
- 電商網站需求
- 網站初級架構
- 系統容量估算
- 網站架構分析
- 網站架構優化
- 架構總結
電商網站案例，一共有三篇本篇主要說明網站的需求，網站初始架構，系統容量估算方法。
一、電商案例的原因
分佈式大型網站，目前看主要有幾類1.大型門戶，比如網易，新浪等；2.SNS網站，比如校內，開心網等；3.電商網站：比如阿里巴巴，京東商城，國美在線，汽車之家等。大型門戶一般是新聞類信息，可以使用CDN，靜態化等方式優化，開心網等交互性比較多，可能會引入更多的NOSQL，分佈式緩存，使用高性能的通信框架等。電商網站具備以上兩類的特點，比如產品詳情可以採用CDN，靜態化，交互性高的需要採用NOSQL等技術。因此，我們採用電商網站作爲案例，進行分析。
二、電商網站需求
客戶需求：
- 建立一個全品類的電子商務網站（B2C），用戶可以在線購買商品，可以在線支付，也可以貨到付款；
- 用戶購買時可以在線與客服溝通；
- 用戶收到商品後，可以給商品打分，評價；
- 目前有成熟的進銷存系統；需要與網站對接；
- 希望能夠支持3~5年，業務的發展；
- 預計3~5年用戶數達到1000萬；
- 定期舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動；
- 其他的功能參考京東或國美在線等網站。
客戶就是客戶，不會告訴你具體要什麼，只會告訴你他想要什麼，我們很多時候要引導，挖掘客戶的需求。好在提供了明確的參考網站。因此，下一步要進行大量的分析，結合行業，以及參考網站，給客戶提供方案。
其他的略~~~~~
需求功能矩陣
需求管理傳統的做法，會使用用例圖或模塊圖（需求列表）進行需求的描述。這樣做常常忽視掉一個很重要的需求（非功能需求），因此推薦大家使用需求功能矩陣，進行需求描述。
本電商網站的需求矩陣如下：
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網站需求 |
功能需求 |
非功能需求 |
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全品類的電子商務網站 |
分類管理，商品管理 |
方便進行多品類管理（靈活性） 網站訪問速度要快（高性能） 圖片存儲的要求（海量小圖片） |
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用戶可以在線購買商品 |
會員管理，購物車，結算功能 |
良好購物體驗（可用性，性能） |
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在線支付或貨到付款 |
多種在線支付方式 |
支付過程要安全，數據加密（安全性） 多種支付接口靈活切換（靈活性，擴展性） |
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可以在線與客服溝通 |
在線客服功能 |
可靠性：即時通訊 |
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商品打分評價 |
商品評論 |
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目前有成熟的進銷存系統 |
對接進銷存 |
屬於約束條件 對接時要考慮數據一致性，魯棒性 |
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支持3~5年，業務的發展 |
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屬於約束條件 伸縮性，可擴展性 |
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3~5年用戶數達到1000萬 |
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約束條件 |
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舉辦雙11，雙12,三八男人節等活動 |
活動管理，秒殺 |
突增訪問流量（可伸縮） 實時性要求（高性能） |
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參考京東或國美在線 |
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參考條件 |
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以上是對電商網站需求的簡單舉例，目的是說明（1）需求分析的時候，要全面，大型分佈式系統重點考慮非功能需求；（2）描述一個簡單的電商需求場景，使大家對下一步的分析設計有個依據。
三、網站初級架構
一般網站，剛開始的做法，是三臺服務器，一臺部署應用，一臺部署數據庫，一臺部署NFS文件系統。
這是前幾年比較傳統的做法，之前見到一個網站10萬多會員，垂直服裝設計門戶，N多圖片。使用了一臺服務器部署了應用，數據庫以及圖片存儲。出現了很多性能問題。
如下圖：
但是，目前主流的網站架構已經發生了翻天覆地的變化。一般都會採用集羣的方式，進行高可用設計。至少是下面這個樣子。
（1） 使用集羣對應用服務器進行冗餘，實現高可用；（負載均衡設備可與應用一塊部署）
使用數據庫主備模式，實現數據備份和高可用；
四、系統容量預估
預估步驟：
（1） 註冊用戶數-日均UV量-每日的PV量-每天的併發量；
（2） 峯值預估：平常量的2~3倍；
（3） 根據併發量（併發，事務數），存儲容量計算系統容量。
客戶需求：3~5年用戶數達到1000萬註冊用戶；
每秒併發數預估：
（1） 每天的UV爲200萬（二八原則）；
（2） 每日每天點擊瀏覽30次；
（3） PV量：200*30=6000萬；
（4） 集中訪問量：24*0.2=4.8小時會有6000萬*0.8=4800萬（二八原則）；
（5） 每分併發量：4.8*60=288分鐘，每分鐘訪問4800/288=16.7萬（約等於）；
（6） 每秒併發量：16.7萬/60=2780（約等於）；
（7） 假設：高峯期爲平常值的三倍，則每秒的併發數可以達到8340次。
（8） 1毫秒=1.3次訪問；
沒好好學數學後悔了吧？！（不知道以上算是否有錯誤，呵呵~~）
服務器預估：（以tomcat服務器舉例）
（1） 按一臺web服務器，支持每秒300個併發計算。平常需要10臺服務器（約等於）；[tomcat默認配置是150]
（2） 高峯期：需要30臺服務器；
容量預估：70/90原則
系統CPU一般維持在70%左右的水平，高峯期達到90%的水平，是不浪費資源，並比較穩定的。內存，IO類似。
以上預估僅供參考，因爲服務器配置，業務邏輯複雜度等都有影響。在此CPU，硬盤，網絡等不再進行評估。
電網網站架構案例系列的第二篇文章。主要講解網站架構分析，網站架構優化，業務拆分，應用集羣架構，多級緩存，分佈式Session。
五、網站架構分析
根據以上預估，有幾個問題：
- 需要部署大量的服務器，高峯期計算，可能要部署30臺Web服務器。並且這三十臺服務器，只有秒殺，活動時纔會用到，存在大量的浪費。
- 所有的應用部署在同一臺服務器，應用之間耦合嚴重。需要進行垂直切分和水平切分。
- 大量應用存在冗餘代碼
- 服務器SESSION同步耗費大量內存和網絡帶寬
- 數據需要頻繁訪問數據庫，數據庫訪問壓力巨大。
大型網站一般需要做以下架構優化（優化是架構設計時，就要考慮的，一般從架構/代碼級別解決，調優主要是簡單參數的調整，比如JVM調優；如果調優涉及大量代碼改造，就不是調優了，屬於重構）：
- 業務拆分
- 應用集羣部署（分佈式部署，集羣部署和負載均衡）
- 多級緩存
- 單點登錄（分佈式Session）
- 數據庫集羣（讀寫分離，分庫分表）
- 服務化
- 消息隊列
- 其他技術
六、網站架構優化
6.1業務拆分
根據業務屬性進行垂直切分，劃分爲產品子系統，購物子系統，支付子系統，評論子系統，客服子系統，接口子系統（對接如進銷存，短信等外部系統）。
根據業務子系統進行等級定義，可分爲核心系統和非核心繫統。核心系統：產品子系統，購物子系統，支付子系統；非核心：評論子系統，客服子系統，接口子系統。
業務拆分作用：提升爲子系統可由專門的團隊和部門負責，專業的人做專業的事，解決模塊之間耦合以及擴展性問題；每個子系統單獨部署，避免集中部署導致一個應用掛了，全部應用不可用的問題。
等級定義作用：用於流量突發時，對關鍵應用進行保護，實現優雅降級；保護關鍵應用不受到影響。
拆分後的架構圖：
參考部署方案2
（1） 如上圖每個應用單獨部署
（2） 核心系統和非核心繫統組合部署
6.2應用集羣部署（分佈式，集羣，負載均衡）
分佈式部署：將業務拆分後的應用單獨部署，應用直接通過RPC進行遠程通信；
集羣部署：電商網站的高可用要求，每個應用至少部署兩臺服務器進行集羣部署；
負載均衡：是高可用系統必須的，一般應用通過負載均衡實現高可用，分佈式服務通過內置的負載均衡實現高可用，關係型數據庫通過主備方式實現高可用。
集羣部署後架構圖：
6.3 多級緩存
緩存按照存放的位置一般可分爲兩類本地緩存和分佈式緩存。本案例採用二級緩存的方式，進行緩存的設計。一級緩存爲本地緩存，二級緩存爲分佈式緩存。（還有頁面緩存，片段緩存等，那是更細粒度的劃分）
一級緩存，緩存數據字典，和常用熱點數據等基本不可變/有規則變化的信息，二級緩存緩存需要的所有緩存。當一級緩存過期或不可用時，訪問二級緩存的數據。如果二級緩存也沒有，則訪問數據庫。
緩存的比例，一般1:4，即可考慮使用緩存。（理論上是1:2即可）。
根據業務特性可使用以下緩存過期策略：
（1） 緩存自動過期；
（2） 緩存觸發過期；
6.4單點登錄（分佈式Session）
系統分割爲多個子系統，獨立部署後，不可避免的會遇到會話管理的問題。一般可採用Session同步，Cookies，分佈式Session方式。電商網站一般採用分佈式Session實現。
再進一步可以根據分佈式Session，建立完善的單點登錄或賬戶管理系統。
流程說明
（1） 用戶第一次登錄時，將會話信息（用戶Id和用戶信息），比如以用戶Id爲Key，寫入分佈式Session；
（2） 用戶再次登錄時，獲取分佈式Session，是否有會話信息，如果沒有則調到登錄頁；
（3） 一般採用Cache中間件實現，建議使用Redis，因此它有持久化功能，方便分佈式Session宕機後，可以從持久化存儲中加載會話信息；
（4） 存入會話時，可以設置會話保持的時間，比如15分鐘，超過後自動超時；
結合Cache中間件，實現的分佈式Session，可以很好的模擬Session會話。
本文章是電商網站架構案例的第三篇，主要介紹數據庫集羣，讀寫分離，分庫分表，服務化，消息隊列的使用，以及本電商案例的架構總結。
6.5數據庫集羣（讀寫分離，分庫分表）
大型網站需要存儲海量的數據，爲達到海量數據存儲，高可用，高性能一般採用冗餘的方式進行系統設計。一般有兩種方式讀寫分離和分庫分表。
讀寫分離：一般解決讀比例遠大於寫比例的場景，可採用一主一備，一主多備或多主多備方式。
本案例在業務拆分的基礎上，結合分庫分表和讀寫分離。如下圖：
（1） 業務拆分後：每個子系統需要單獨的庫；
（2） 如果單獨的庫太大，可以根據業務特性，進行再次分庫，比如商品分類庫，產品庫；
（3） 分庫後，如果表中有數據量很大的，則進行分表，一般可以按照Id，時間等進行分表；（高級的用法是一致性Hash）
（4） 在分庫，分表的基礎上，進行讀寫分離；
相關中間件可參考Cobar（阿里，目前已不在維護），TDDL（阿里），Atlas（奇虎360），MyCat（在Cobar基礎上，國內很多牛人，號稱國內第一開源項目）。
分庫分表後序列的問題，JOIN，事務的問題，會在分庫分表主題分享中，介紹。
6.6服務化
將多個子系統公用的功能/模塊，進行抽取，作爲公用服務使用。比如本案例的會員子系統就可以抽取爲公用的服務。
6.7消息隊列
消息隊列可以解決子系統/模塊之間的耦合，實現異步，高可用，高性能的系統。是分佈式系統的標準配置。本案例中，消息隊列主要應用在購物，配送環節。
（1） 用戶下單後，寫入消息隊列，後直接返回客戶端；
（2） 庫存子系統：讀取消息隊列信息，完成減庫存；
（3） 配送子系統：讀取消息隊列信息，進行配送；
目前使用較多的MQ有Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ，MS MQ等，需要根據具體的業務場景進行選擇。建議可以研究下Rabbit MQ。
6.8其他架構（技術）
除了以上介紹的業務拆分，應用集羣，多級緩存，單點登錄，數據庫集羣，服務化，消息隊列外。還有CDN，反向代理，分佈式文件系統，大數據處理等系統。
此處不詳細介紹，大家可以問度娘/Google，有機會的話也可以分享給大家。
七、架構總結
以上是本次分享的架構總結，其中細節可參考前面分享的內容。其中還有很多可以優化和細化的地方，因爲是案例分享，主要針對重要部分做了介紹，工作中需要大家根據具體的業務場景進行架構設計。
以上是電商網站架構案例的分享一共有三篇，從電商網站的需求，到單機架構，逐步演變爲常用的，可供參考的分佈式架構的原型。除具備功能需求外，還具備一定的高性能，高可用，可伸縮，可擴展等非功能質量需求（架構目標）。
關於負載均衡,業務拆分,集羣架構,讀寫分離,分庫分表,服務化,消息隊列等常用技術和架構實現，本博客將會推出系列文章，進行介紹。歡迎小夥伴們圍觀。