一、分布式系統面臨的挑戰有哪些

分布式系統需要大(da)量(liang)機(ji)器協作，面臨(lin)諸多(duo)的挑戰，其中主(zhu)要的挑戰有：

1、異構的機器與網絡

分布式系統中的機(ji)器(qi)，配置不(bu)一(yi)樣，其上運行的服務也可(ke)能由不(bu)同的語言、架(jia)構實現，因此(ci)處理能力也不(bu)一(yi)樣；節點(dian)間通過(guo)網絡(luo)連接，而(er)不(bu)同網絡(luo)運營商提供的網絡(luo)的帶(dai)寬、延(yan)時、丟包率又不(bu)一(yi)樣。怎么保證大家齊頭并進，共同完成目標，這是(shi)個不(bu)小的挑戰。

2、普遍的節點故障

雖然(ran)單(dan)個節(jie)點(dian)的(de)故(gu)障(zhang)概率較低(di)，但節(jie)點(dian)數目達(da)到一定(ding)規模，出故(gu)障(zhang)的(de)概率就變(bian)高了。分布式系(xi)(xi)統需要保證(zheng)故(gu)障(zhang)發生的(de)時候，系(xi)(xi)統仍(reng)然(ran)是可用的(de)，這就需要監控節(jie)點(dian)的(de)狀態(tai)，在節(jie)點(dian)故(gu)障(zhang)的(de)情況下(xia)將該節(jie)點(dian)負(fu)責的(de)計算(suan)、存儲任務轉移到其(qi)他節(jie)點(dian)。

3、不可靠的網絡

節(jie)點(dian)間通(tong)過網(wang)(wang)絡(luo)通(tong)信，而網(wang)(wang)絡(luo)是(shi)(shi)不(bu)可(ke)靠的(de)(de)。可(ke)能的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)問題包括：網(wang)(wang)絡(luo)分(fen)割(ge)、延時(shi)、丟(diu)包、亂序。相比單(dan)機過程調(diao)用，網(wang)(wang)絡(luo)通(tong)信最(zui)讓人頭疼(teng)的(de)(de)是(shi)(shi)超時(shi)：節(jie)點(dian)A向節(jie)點(dian)B發出(chu)請求(qiu)，在約定的(de)(de)時(shi)間內沒有收到節(jie)點(dian)B的(de)(de)響應，那么B是(shi)(shi)否處理了(le)請求(qiu)，這個是(shi)(shi)不(bu)確定的(de)(de)，這個不(bu)確定會(hui)帶來諸多問題，最(zui)簡單(dan)的(de)(de)，是(shi)(shi)否要重(zhong)試請求(qiu)，節(jie)點(dian)B會(hui)不(bu)會(hui)多次處理同一個請求(qiu)。

總而言(yan)之，分布(bu)式(shi)(shi)(shi)的挑(tiao)戰來自不確(que)(que)定性(xing)，不確(que)(que)定計算機(ji)什么時候crash、斷電(dian)，不確(que)(que)定磁盤什么時候損壞(huai)，不確(que)(que)定每次網絡通信要延(yan)遲多久，也不確(que)(que)定通信對(dui)端是否處(chu)理(li)了發送的消(xiao)息。而分布(bu)式(shi)(shi)(shi)的規模(mo)放(fang)大了這個不確(que)(que)定性(xing)，不確(que)(que)定性(xing)是令人(ren)討(tao)厭的，所以有諸(zhu)多的分布(bu)式(shi)(shi)(shi)理(li)論、協議來保證(zheng)在這種不確(que)(que)定性(xing)的情況(kuang)下，系統(tong)還能繼(ji)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(miao)述：線上(shang)生產(chan)環境中，尤其容器部(bu)署情況下服(fu)務(wu)實(shi)例地(di)址(zhi)（服(fu)務(wu)器端(duan)口(kou)）是(shi)動態分配(pei)的，服(fu)務(wu)調用者無法提(ti)前(qian)獲取服(fu)務(wu)實(shi)例地(di)址(zhi)和端(duan)口(kou)。

解決方案：在服(fu)務運行(xing)時，通過服(fu)務發現組件解析服(fu)務名來獲取服(fu)務實例(li)地址和端(duan)口。

2、如何找到實例？——請求分發的策略

問題描(miao)述(shu)：找到服(fu)(fu)務器(qi)后，還應該確(que)定將當前請求發往服(fu)(fu)務器(qi)的(de)哪一個實(shi)例。

解決方案：

（1）如果(guo)同一個服務的實(shi)例都是完(wan)全對等的（無狀態(tai)），那么(me)按負載均衡策略來(lai)處理(li)就(jiu)足夠(gou)（隨(sui)機(ji)、輪詢(xun)、權重、hash、一致性hash、fair等各種(zhong)策略）。

（2）如(ru)果同一個(ge)服務的(de)實(shi)(shi)例不(bu)是對等(deng)(deng)的(de)（有(you)狀態），那么需(xu)要通過路(lu)由服務（元數據(ju)服務等(deng)(deng)）先確定當(dang)前(qian)要訪(fang)問的(de)請求數據(ju)在哪一個(ge)實(shi)(shi)例上，然后(hou)再進行訪(fang)問。

3、如何避免雪崩？

問題(ti)描述：一個(ge)故(gu)障由于正(zheng)反饋不斷被擴大，從而導致整個(ge)系統故(gu)障

解決方案：

（1）【快速失(shi)敗】和【降級機制】：熔斷、降級、限流(liu)等，通過快速減少系統負載來(lai)避免雪崩(beng)的發生。

（2）【彈性擴容機制(zhi)】，通過快速增(zeng)加系(xi)統的服(fu)務能(neng)力(li)來避免(mian)雪崩的發(fa)生。

4、如何對系統進行監控？

問題描述：對于一個分布式系統，如果我們不(bu)能很清楚地了解(jie)內部的狀態，那么高可用(yong)是沒(mei)有辦法完(wan)全保障(zhang)的。

解決方案：監控(kong)系(xi)統的各層

（1）【硬件層面】：服務器溫(wen)度、磁盤RAID陣列等(deng)。

（2）【系統層面】：存活狀態、CPU、RAM、load負載。

（3）【應用(yong)層】：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？

問題描述：既然要實現分布式數(shu)據庫，那(nei)么應該如何將數(shu)據進(jin)行切片？

解決方(fang)案：Hash、Consistent Hash和Range Based分片策略。

6、如何設置冗余？如何復制數據？

問題(ti)描述：分布(bu)式存儲的高可用性需(xu)要(yao)冗(rong)余來保證，那么如(ru)何做冗(rong)余？如(ru)何對數(shu)據進行復制(zhi)、更新時保證兩份(fen)數(shu)據的一致性？

解決方案：

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

（2）【去中心(xin)化(hua)的方(fang)案(an)】：Quorum、Vector Clock。