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<a href="/专栏/左耳听风/071 程序员练级攻略（2018）：正式入门.md.html">071 程序员练级攻略（2018）：正式入门.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/072 程序员练级攻略（2018）：程序员修养.md.html">072 程序员练级攻略（2018）：程序员修养.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/086 程序员练级攻略（2018）：机器学习和人工智能.md.html">086 程序员练级攻略（2018）：机器学习和人工智能.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/087 程序员练级攻略（2018）：前端基础和底层原理.md.html">087 程序员练级攻略（2018）：前端基础和底层原理.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/088 程序员练级攻略（2018）：前端性能优化和框架.md.html">088 程序员练级攻略（2018）：前端性能优化和框架.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/089 程序员练级攻略（2018）：UIUX设计.md.html">089 程序员练级攻略（2018）：UIUX设计.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/090 程序员练级攻略（2018）：技术资源集散地.md.html">090 程序员练级攻略（2018）：技术资源集散地.md.html</a>
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</li>
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<a href="/专栏/左耳听风/091 程序员面试攻略：面试前的准备.md.html">091 程序员面试攻略：面试前的准备.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/092 程序员面试攻略：面试中的技巧.md.html">092 程序员面试攻略：面试中的技巧.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/093 程序员面试攻略：面试风格.md.html">093 程序员面试攻略：面试风格.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/094 程序员面试攻略：实力才是王中王.md.html">094 程序员面试攻略：实力才是王中王.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/095 高效学习：端正学习态度.md.html">095 高效学习：端正学习态度.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/096 高效学习：源头、原理和知识地图.md.html">096 高效学习：源头、原理和知识地图.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/097 高效学习：深度，归纳和坚持实践.md.html">097 高效学习：深度，归纳和坚持实践.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/098 高效学习：如何学习和阅读代码.md.html">098 高效学习：如何学习和阅读代码.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/099 高效学习：面对枯燥和量大的知识.md.html">099 高效学习：面对枯燥和量大的知识.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/100 高效沟通：Talk和Code同等重要.md.html">100 高效沟通：Talk和Code同等重要.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/101 高效沟通：沟通阻碍和应对方法.md.html">101 高效沟通：沟通阻碍和应对方法.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/102 高效沟通：沟通方式及技巧.md.html">102 高效沟通：沟通方式及技巧.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/103 高效沟通：沟通技术.md.html">103 高效沟通：沟通技术.md.html</a>
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<a href="/专栏/左耳听风/104 高效沟通：好老板要善于提问.md.html">104 高效沟通：好老板要善于提问.md.html</a>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/105 高效沟通：好好说话的艺术.md.html">105 高效沟通：好好说话的艺术.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/106 加餐 谈谈我的“三观”.md.html">106 加餐 谈谈我的“三观”.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/左耳听风/107 结束语 业精于勤，行成于思.md.html">107 结束语 业精于勤，行成于思.md.html</a>
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</li>
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</ul>
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>041 弹力设计篇之“认识故障和弹力设计”</h1>
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<p>我前面写的《分布式系统架构的本质》系列文章，从分布式系统的业务层、中间件层、数据库层等各个层面介绍了高并发架构、异地多活架构、容器化架构、微服务架构、高可用架构、弹性化架构等，也就是所谓的“纲”。通过这个“纲”，你能够按图索骥，掌握分布式系统中每个部件的用途与总体架构思路。</p>
|
||
<p>为了让你更深入地了解分布式系统，在接下来的几期中，我想谈谈分布式系统中一些比较关键的设计模式，其中包括容错、性能、管理等几个方面。</p>
|
||
<ul>
|
||
<li><strong>容错设计又叫弹力设计</strong>，其中着眼于分布式系统的各种“容忍”能力，包括容错能力（服务隔离、异步调用、请求幂等性）、可伸缩性（有 / 无状态的服务）、一致性（补偿事务、重试）、应对大流量的能力（熔断、降级）。可以看到，在确保系统正确性的前提下，系统的可用性是弹力设计保障的重点。</li>
|
||
<li><strong>管理篇</strong>会讲述一些管理分布式系统架构的一些设计模式，比如网关方面的，边车模式，还有一些刚刚开始流行的，如 Service Mesh 相关的设计模式。</li>
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||
<li><strong>性能设计篇</strong>会讲述一些缓存、CQRS、索引表、优先级队列、业务分片等相关的架构模式。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>我相信，你在掌握了这些设计模式之后，无论是对于部署一个分布式系统，开发一个分布式的业务模块，还是研发一个新的分布式系统中间件，都会有所裨益。</p>
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||
<p>今天分享的就是《分布式系统设计模式》系列文章中的第一篇《弹力设计篇之“认识故障和弹力设计”》。</p>
|
||
<h1>系统可用性测量</h1>
|
||
<p>对于分布式系统的容错设计，在英文中又叫 Resiliency（弹力）。意思是，系统在不健康、不顺，甚至出错的情况下有能力 hold 得住，挺得住，还有能在这种逆境下力挽狂澜的能力。</p>
|
||
<p>要做好一个设计，我们需要一个设计目标，或是一个基准线，通过这个基准线或目标来指导我们的设计，否则在没有明确的基准线的指导下，设计会变得非常不明确和不可预测或不可测量。可测试和可测量性是软件设计中非常重要的事情。</p>
|
||
<p>我们知道，容错主要是为了可用性，那么，我们是怎样计算一个系统的可用性的呢？下面是一个工业界里使用的一个公式：</p>
|
||
<p>Availability=MTTFMTTF+MTTRAvailability=MTTFMTTF+MTTR</p>
|
||
<p>其中，</p>
|
||
<ul>
|
||
<li>MTTF 是 Mean Time To Failure，平均故障前的时间，即系统平均能够正常运行多长时间才发生一次故障。系统的可靠性越高，MTTF 越长。（注意：从字面上来说，看上去有 Failure 的字样，但其实是正常运行的时间。）</li>
|
||
<li>MTTR 是 Mean Time To Recovery，平均修复时间，即从故障出现到故障修复的这段时间，这段时间越短越好。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>这个公式就是计算系统可用性的，也就是我们常说的，多少个 9，如下表所示。</p>
|
||
<p><img src="assets/c3ac18852cc1067b3d7df4223a340372.png" alt="img" /></p>
|
||
<p>根据上面的这个公式，为了提高可用性，我们要么提高系统的无故障时间，要么减少系统的故障恢复时间。</p>
|
||
<p>然而，我们要明白，我们运行的是一个分布式系统，对于一个分布式系统来说，要不出故障简直是太难了。</p>
|
||
<h1>故障原因</h1>
|
||
<p>老实说，我们很难计算我们设计的系统有多少的可用性，因为影响一个系统的因素实在是太多了，除了软件设计，还有硬件，还有第三方服务（如电信联通的宽带 SLA），当然包括“建筑施工队的挖掘机”。</p>
|
||
<p>所以，正如 SLA 的定义，这不只是一个技术指标，而是一种服务提供商和用户之间的 contract 或契约。这种工业级的玩法，就像飞机一样，并不是把飞机造出来就好了，还有大量的无比专业的配套设施、工具、流程、管理和运营。</p>
|
||
<p>简而言之，SLA 的几个 9 就是能持续提供可用服务的级别。不过，工业界中，会把服务不可用的因素分成两种：一种是有计划的，一种是无计划的。</p>
|
||
<p>无计划的宕机原因。下图来自 Oracle 的 <a href="https://docs.oracle.com/cd/A91202_01/901_doc/rac.901/a89867/pshavdtl.htm">High Availability Concepts and Best Practices</a>。</p>
|
||
<p><img src="assets/9a722dcc85d2da71dc4b25a1667caee6.png" alt="img" /></p>
|
||
<p>有计划的宕机原因。下图来自 Oracle 的<a href="https://docs.oracle.com/cd/A91202_01/901_doc/rac.901/a89867/pshavdtl.htm">High Availability Concepts and Best Practices</a>。</p>
|
||
<p><img src="assets/0b0d8e7a190531b582fcee010b8ba164.png" alt="img" /></p>
|
||
<p>可以看到，宕机原因主要有以下这些。</p>
|
||
<p><strong>无计划的</strong></p>
|
||
<ul>
|
||
<li>系统级故障，包括主机、操作系统、中间件、数据库、网络、电源以及外围设备。</li>
|
||
<li>数据和中介的故障，包括人员误操作、硬盘故障、数据乱了。</li>
|
||
<li>还有自然灾害、人为破坏，以及供电问题等。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p><strong>有计划的</strong></p>
|
||
<ul>
|
||
<li>日常任务：备份，容量规划，用户和安全管理，后台批处理应用。</li>
|
||
<li>运维相关：数据库维护、应用维护、中间件维护、操作系统维护、网络维护。</li>
|
||
<li>升级相关：数据库、应用、中间件、操作系统、网络，包括硬件升级。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>我们再给它们归个类。</p>
|
||
<ol>
|
||
<li><strong>网络问题</strong>。网络链接出现问题，网络带宽出现拥塞……</li>
|
||
<li><strong>性能问题</strong>。数据库慢 SQL、Java Full GC、硬盘 IO 过大、CPU 飙高、内存不足……</li>
|
||
<li><strong>安全问题</strong>。被网络攻击，如 DDoS 等。</li>
|
||
<li><strong>运维问题</strong>。系统总是在被更新和修改，架构也在不断地被调整，监控问题……</li>
|
||
<li><strong>管理问题</strong>。没有梳理出关键服务以及服务的依赖关系，运行信息没有和控制系统同步……</li>
|
||
<li><strong>硬件问题</strong>。硬盘损坏、网卡出问题、交换机出问题、机房掉电、挖掘机问题……</li>
|
||
</ol>
|
||
<h1>故障不可避免</h1>
|
||
<p>如果你看过我写过的《分布式系统架构的本质》和《故障处理》这两个系列的文章，就会知道要管理好一个分布式系统是一件非常难的事。对于大规模的分布式系统，出现故障基本上就是常态，甚至还有些你根本就不知道会出问题的地方。</p>
|
||
<p>在今天来说，一个分布式系统的故障已经非常复杂了，因为故障是分布式的、多米诺骨牌式的。就像我在《分布式系统架构的本质》中展示过的这个图一样。</p>
|
||
<p><img src="assets/bd48fbd74405e8380defdf708b6b3e3e.png" alt="img" /></p>
|
||
<p>如果你在云平台上，或者使用了“微服务”，面对大量的 IoT 设备以及不受控制的用户流量，那么系统故障会更为复杂和变态。因为上面这些因素增加了整个系统的复杂度。</p>
|
||
<p>所以，要充分地意识到下面两个事。</p>
|
||
<ul>
|
||
<li><strong>故障是正常的，而且是常见的</strong>。</li>
|
||
<li><strong>故障是不可预测突发的，而且相当难缠</strong>。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>所以，亚马逊的 AWS 才会把 Design for Failure 做为其七大 Design Principle 的重点。这告诉我们，不要尝试着去避免故障，而是要把处理故障的代码当成正常的功能做在架构里写在代码里。</p>
|
||
<p>因为我们要干的事儿就是想尽一切手段来降低 MTTR——故障的修复时间。</p>
|
||
<p>这就是为什么我们把这个设计叫做弹力（Resiliency）。</p>
|
||
<ul>
|
||
<li>一方面，在好的情况下，这个事对于我们的用户和内部运维来说是完全透明的，系统自动修复不需要人的干预。</li>
|
||
<li>另一方面，如果修复不了，系统能够做自我保护，而不让事态变糟糕。</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>这就是所谓的“弹力”——能上能下。这让我想到三国杀里赵云的技能——“能进能退乃真正法器”，哈哈。</p>
|
||
<h1>小结</h1>
|
||
<p>好了，今天的内容就到这里。相信通过今天的学习，你应该已经明白了弹力设计的真正目的，并对系统可用性的衡量指标和故障的各种原因有所了解。下一篇文章，我们将开始罗列一些相关的设计模式。</p>
|
||
<p>在文章的最后，很想听听大家在设计一个分布式系统时，设定了多高的可用性指标？实现的难点在哪里？踩过什么样的坑？你是如何应对的？</p>
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</div>
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</div>
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<div>
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<div style="float: left">
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<a href="/专栏/左耳听风/040 编程范式游记（11）- 程序世界里的编程范式.md.html">上一页</a>
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</div>
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<div style="float: right">
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