一、分布式系統面臨的挑戰有哪些

分布式系統需(xu)要(yao)大(da)量(liang)機(ji)器協作，面臨諸多的挑戰，其中主要(yao)的挑戰有(you)：

1、異構的機器與網絡

分布式系統中的(de)機器(qi)，配置不一樣(yang)，其(qi)上(shang)運行的(de)服務也(ye)可能(neng)由(you)不同的(de)語言(yan)、架構實現(xian)，因此處理能(neng)力也(ye)不一樣(yang)；節點間通(tong)過網(wang)(wang)絡連接，而不同網(wang)(wang)絡運營(ying)商提供的(de)網(wang)(wang)絡的(de)帶寬、延時、丟(diu)包(bao)率又不一樣(yang)。怎么保(bao)證大家齊頭并(bing)進，共同完成目(mu)標，這是個不小(xiao)的(de)挑(tiao)戰。

2、普遍的節點故障

雖然(ran)單個節(jie)(jie)點(dian)的故障概率較(jiao)低(di)，但節(jie)(jie)點(dian)數目達到一定(ding)規模，出故障的概率就(jiu)變高了。分布式系(xi)統需(xu)要保(bao)證故障發(fa)生的時(shi)候，系(xi)統仍(reng)然(ran)是可用的，這就(jiu)需(xu)要監控節(jie)(jie)點(dian)的狀態，在(zai)節(jie)(jie)點(dian)故障的情況下將該節(jie)(jie)點(dian)負責的計算、存儲任務(wu)轉(zhuan)移到其他節(jie)(jie)點(dian)。

3、不可靠的網絡

節(jie)(jie)點間(jian)通過網(wang)絡(luo)通信(xin)，而網(wang)絡(luo)是(shi)不(bu)(bu)可(ke)靠的(de)(de)(de)。可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)網(wang)絡(luo)問(wen)題(ti)(ti)包括：網(wang)絡(luo)分割(ge)、延時、丟包、亂序(xu)。相比(bi)單機過程調用，網(wang)絡(luo)通信(xin)最(zui)讓(rang)人(ren)頭疼的(de)(de)(de)是(shi)超(chao)時：節(jie)(jie)點A向節(jie)(jie)點B發出(chu)請(qing)求(qiu)，在(zai)約定的(de)(de)(de)時間(jian)內沒有收到節(jie)(jie)點B的(de)(de)(de)響應，那么B是(shi)否處理(li)(li)了請(qing)求(qiu)，這個(ge)是(shi)不(bu)(bu)確(que)(que)定的(de)(de)(de)，這個(ge)不(bu)(bu)確(que)(que)定會帶來諸(zhu)多問(wen)題(ti)(ti)，最(zui)簡(jian)單的(de)(de)(de)，是(shi)否要重試請(qing)求(qiu)，節(jie)(jie)點B會不(bu)(bu)會多次(ci)處理(li)(li)同一個(ge)請(qing)求(qiu)。

總(zong)而言之，分(fen)布(bu)式的(de)挑戰來(lai)自不(bu)(bu)確定(ding)性，不(bu)(bu)確定(ding)計算機(ji)什(shen)(shen)么時候(hou)crash、斷電，不(bu)(bu)確定(ding)磁(ci)盤什(shen)(shen)么時候(hou)損(sun)壞，不(bu)(bu)確定(ding)每次網絡通信要延遲多久，也不(bu)(bu)確定(ding)通信對(dui)端是否處理(li)了(le)發送的(de)消息。而分(fen)布(bu)式的(de)規模放大了(le)這個不(bu)(bu)確定(ding)性，不(bu)(bu)確定(ding)性是令人討(tao)厭的(de)，所以(yi)有諸多的(de)分(fen)布(bu)式理(li)論、協(xie)議(yi)來(lai)保(bao)證在這種不(bu)(bu)確定(ding)性的(de)情況下，系統還能(neng)繼續正(zheng)常工作。

二、分布式系統帶來的問題及解答

1、如何找到所需的服務？——服務發現組件

問(wen)題描述：線上(shang)生(sheng)產環(huan)境中，尤其容器部署情況(kuang)下服務(wu)實例地(di)址（服務(wu)器端口(kou)）是動態分配的(de)，服務(wu)調用(yong)者無法提前獲取(qu)服務(wu)實例地(di)址和(he)端口(kou)。

解決方案：在(zai)服(fu)(fu)務運行時，通過服(fu)(fu)務發現組件解析服(fu)(fu)務名來獲取(qu)服(fu)(fu)務實例地址和端口。

2、如何找到實例？——請求分發的策略

問題描述(shu)：找到(dao)服(fu)務器后(hou)，還應(ying)該(gai)確定將(jiang)當前請求發往服(fu)務器的哪一個實例。

解決方案：

（1）如(ru)果(guo)同一個服(fu)務的(de)實例都(dou)是完全對(dui)等的(de)（無狀態），那(nei)么按負載均衡(heng)策(ce)略來(lai)處(chu)理就足夠（隨(sui)機、輪詢、權(quan)重、hash、一致性(xing)hash、fair等各種策(ce)略）。

（2）如果同一(yi)個服務的(de)實(shi)例(li)不(bu)是(shi)對等(deng)的(de)（有狀態），那么需要通過路由服務（元數(shu)據服務等(deng)）先(xian)確定(ding)當前(qian)要訪(fang)(fang)問的(de)請求數(shu)據在哪一(yi)個實(shi)例(li)上，然(ran)后(hou)再進行訪(fang)(fang)問。

3、如何避免雪崩？

問題描述：一(yi)個故障(zhang)由(you)于正反(fan)饋不斷(duan)被擴(kuo)大，從而導致整個系(xi)統故障(zhang)

解決方案：

（1）【快速(su)失敗】和(he)【降級機制】：熔(rong)斷、降級、限(xian)流等，通過快速(su)減少系統負載來避免雪崩的發生。

（2）【彈性擴容機(ji)制(zhi)】，通過快速增(zeng)加系統(tong)的服務能(neng)力來避(bi)免雪崩的發生(sheng)。

4、如何對系統進行監控？

問題描述：對于一個分布式系統，如(ru)果我們不能很清楚地了解內部的狀態，那么高(gao)可用是沒有辦(ban)法(fa)完(wan)全保(bao)障的。

解決方案(an)：監控系統的各層

（1）【硬(ying)件層面(mian)】：服務器溫(wen)度(du)、磁(ci)盤RAID陣列等。

（2）【系(xi)統(tong)層面】：存活狀態、CPU、RAM、load負載。

（3）【應用層(ceng)】：mysql、Nginx、Django、LVS、HAProxy。

（4）【業務(wu)層面】：PV、UV、訂(ding)單。

5、分布式存儲如何做數據切片？

問題描述(shu)：既然要(yao)實(shi)現分(fen)布式數據庫，那(nei)么(me)應該(gai)如何(he)將(jiang)數據進行切(qie)片？

解(jie)決(jue)方案：Hash、Consistent Hash和Range Based分片(pian)策略。

6、如何設置冗余？如何復制數據？

問(wen)題描述(shu)：分布式存(cun)儲的(de)高可用性需要冗余來保(bao)證，那么(me)如何(he)做冗余？如何(he)對數據進行(xing)復(fu)制、更新時(shi)保(bao)證兩(liang)份數據的(de)一(yi)致性？

解決方案：

（1）【中心化方案】：主從復制、一致性(xing)協議（Raft和Paxos）。

（2）【去(qu)中心化的方案】：Quorum、Vector Clock。