一、分布式系統面臨的挑戰有哪些

分布式系統需要大量(liang)機(ji)器協作(zuo)，面臨(lin)諸多的挑戰(zhan)，其中主要的挑戰(zhan)有：

1、異構的機器與網絡

分布式(shi)系統中的機器，配置(zhi)不(bu)(bu)一(yi)樣，其上運(yun)行(xing)的服務也(ye)可能(neng)(neng)由不(bu)(bu)同(tong)(tong)的語言、架構實現，因此(ci)處理能(neng)(neng)力也(ye)不(bu)(bu)一(yi)樣；節點(dian)間通過(guo)網(wang)絡(luo)連接，而不(bu)(bu)同(tong)(tong)網(wang)絡(luo)運(yun)營商提供的網(wang)絡(luo)的帶(dai)寬、延時、丟包率(lv)又(you)不(bu)(bu)一(yi)樣。怎么保證大(da)家齊頭并(bing)進，共同(tong)(tong)完成目標，這是個不(bu)(bu)小的挑(tiao)戰。

2、普遍的節點故障

雖然單個節(jie)(jie)(jie)點(dian)的(de)(de)故(gu)障(zhang)概(gai)(gai)率較低，但(dan)節(jie)(jie)(jie)點(dian)數目達到(dao)一定規模，出故(gu)障(zhang)的(de)(de)概(gai)(gai)率就變高了。分布式系統需要保(bao)證(zheng)故(gu)障(zhang)發(fa)生的(de)(de)時候，系統仍然是可用的(de)(de)，這就需要監(jian)控節(jie)(jie)(jie)點(dian)的(de)(de)狀態，在節(jie)(jie)(jie)點(dian)故(gu)障(zhang)的(de)(de)情況下(xia)將(jiang)該節(jie)(jie)(jie)點(dian)負責的(de)(de)計算、存儲任務轉移到(dao)其他節(jie)(jie)(jie)點(dian)。

3、不可靠的網絡

節(jie)點(dian)間(jian)通(tong)過網絡(luo)(luo)通(tong)信(xin)(xin)，而網絡(luo)(luo)是不(bu)可靠的(de)。可能的(de)網絡(luo)(luo)問題包括：網絡(luo)(luo)分割、延時(shi)、丟包、亂序。相比單機過程(cheng)調(diao)用，網絡(luo)(luo)通(tong)信(xin)(xin)最讓人頭疼的(de)是超時(shi)：節(jie)點(dian)A向(xiang)節(jie)點(dian)B發出請求(qiu)(qiu)，在約定(ding)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)沒(mei)有收到節(jie)點(dian)B的(de)響(xiang)應，那么B是否(fou)處理(li)了請求(qiu)(qiu)，這個是不(bu)確定(ding)的(de)，這個不(bu)確定(ding)會(hui)(hui)帶來諸多問題，最簡單的(de)，是否(fou)要重試請求(qiu)(qiu)，節(jie)點(dian)B會(hui)(hui)不(bu)會(hui)(hui)多次處理(li)同一(yi)個請求(qiu)(qiu)。

總而言之，分(fen)布(bu)式的挑(tiao)戰來(lai)自不(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)，不(bu)(bu)確(que)(que)定計算機什(shen)么時(shi)候crash、斷電，不(bu)(bu)確(que)(que)定磁盤什(shen)么時(shi)候損壞，不(bu)(bu)確(que)(que)定每次網(wang)絡(luo)通信要延遲多(duo)久(jiu)，也不(bu)(bu)確(que)(que)定通信對端(duan)是(shi)否處理了(le)發送的消息(xi)。而分(fen)布(bu)式的規(gui)模放大(da)了(le)這個(ge)不(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)，不(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)是(shi)令人(ren)討(tao)厭的，所以有諸多(duo)的分(fen)布(bu)式理論、協議(yi)來(lai)保證(zheng)在這種不(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)的情況下(xia)，系統還能繼續正常工作。

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

問題描述：線上生產環境中，尤其容器部署(shu)情況下服(fu)務實例地址(zhi)（服(fu)務器端(duan)口）是動態分配的，服(fu)務調用者(zhe)無法提前獲(huo)取服(fu)務實例地址(zhi)和端(duan)口。

解(jie)決方(fang)案：在服務(wu)運行(xing)時，通過(guo)服務(wu)發現組件(jian)解(jie)析(xi)服務(wu)名來獲(huo)取服務(wu)實(shi)例地址和端口。

2、如何找到實例？——請求分發的策略

問題描述：找到服務器后，還應該確(que)定將(jiang)當(dang)前請(qing)求發往服務器的哪一個實(shi)例。

解決方案：

（1）如果(guo)同一個服務的實例(li)都是完(wan)全對等的（無狀態），那(nei)么按負(fu)載均衡策(ce)略來(lai)處理就足夠（隨機、輪(lun)詢、權重、hash、一致性hash、fair等各種策(ce)略）。

（2）如(ru)果同一個服務的實(shi)例不是對等的（有(you)狀態），那么需要通過路由服務（元(yuan)數據服務等）先確(que)定當前要訪問(wen)的請求數據在哪一個實(shi)例上，然后再進行(xing)訪問(wen)。

3、如何避免雪崩？

問題(ti)描述：一個故(gu)障由(you)于正反(fan)饋不斷被擴(kuo)大，從而導致(zhi)整個系統(tong)故(gu)障

解決方案：

（1）【快(kuai)速失敗】和【降級(ji)機制(zhi)】：熔斷、降級(ji)、限流等(deng)，通過快(kuai)速減少系統負載(zai)來(lai)避免雪(xue)崩的發(fa)生。

（2）【彈性擴容機制】，通過(guo)快速增加(jia)系統的(de)服務能力來避(bi)免雪崩(beng)的(de)發生。

4、如何對系統進行監控？

問題描述：對于一個分布式系統，如果我(wo)們不能很清楚地了解內部的狀態，那么高可用是(shi)沒有辦法完全保(bao)障的。

解決方案(an)：監控系(xi)統的各層

（1）【硬件層面(mian)】：服務器溫(wen)度、磁盤RAID陣列(lie)等。

（2）【系統(tong)層面】：存(cun)活狀態(tai)、CPU、RAM、load負載。

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

（4）【業務層面】：PV、UV、訂單。

5、分布式存儲如何做數據切片？

問題(ti)描(miao)述：既然(ran)要實現(xian)分(fen)布(bu)式數據(ju)庫，那(nei)么(me)應該如何將數據(ju)進行切片？

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

6、如何設置冗余？如何復制數據？

問題描述：分(fen)布式存儲的高可用性需要冗(rong)余來保(bao)(bao)證，那么(me)如何(he)做冗(rong)余？如何(he)對數(shu)(shu)據進行復(fu)制、更新時(shi)保(bao)(bao)證兩份數(shu)(shu)據的一(yi)致性？

解決方案：

（1）【中心化方案】：主(zhu)從復(fu)制、一致性協議(yi)（Raft和Paxos）。

（2）【去中心化的方案】：Quorum、Vector Clock。