一、分布式系統面臨的挑戰有哪些

分布式系統需(xu)要大量機器(qi)協作，面(mian)臨諸多的(de)挑戰，其中主要的(de)挑戰有：

1、異構的機器與網絡

分布(bu)式(shi)系統中的(de)(de)機器，配(pei)置不一樣，其上運行的(de)(de)服務也(ye)可能由不同(tong)的(de)(de)語言、架構實現，因此處理能力也(ye)不一樣；節點間通過網絡連接，而(er)不同(tong)網絡運營商(shang)提供的(de)(de)網絡的(de)(de)帶寬(kuan)、延時(shi)、丟(diu)包率(lv)又不一樣。怎么保(bao)證大(da)家(jia)齊頭(tou)并進，共(gong)同(tong)完成(cheng)目(mu)標，這是個不小(xiao)的(de)(de)挑(tiao)戰。

2、普遍的節點故障

雖然(ran)單個(ge)節(jie)點(dian)的(de)故障概(gai)率較低，但節(jie)點(dian)數目達到(dao)(dao)一定規模(mo)，出(chu)故障的(de)概(gai)率就(jiu)變(bian)高了。分(fen)布式系統(tong)需(xu)要(yao)保證故障發生的(de)時(shi)候，系統(tong)仍然(ran)是可用的(de)，這就(jiu)需(xu)要(yao)監控節(jie)點(dian)的(de)狀態，在節(jie)點(dian)故障的(de)情況下將該節(jie)點(dian)負責的(de)計(ji)算(suan)、存儲任(ren)務轉(zhuan)移到(dao)(dao)其他節(jie)點(dian)。

3、不可靠的網絡

節(jie)(jie)點間通(tong)過網(wang)(wang)絡(luo)(luo)通(tong)信，而網(wang)(wang)絡(luo)(luo)是不(bu)可靠的(de)(de)。可能的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)問題包括：網(wang)(wang)絡(luo)(luo)分割(ge)、延時(shi)、丟包、亂序。相比(bi)單機過程調用，網(wang)(wang)絡(luo)(luo)通(tong)信最讓人頭疼的(de)(de)是超時(shi)：節(jie)(jie)點A向節(jie)(jie)點B發(fa)出請求，在約(yue)定的(de)(de)時(shi)間內沒有收到(dao)節(jie)(jie)點B的(de)(de)響應，那么(me)B是否處理了請求，這(zhe)個是不(bu)確(que)定的(de)(de)，這(zhe)個不(bu)確(que)定會(hui)帶來諸多問題，最簡單的(de)(de)，是否要重試請求，節(jie)(jie)點B會(hui)不(bu)會(hui)多次處理同一個請求。

總而言之，分布(bu)式的(de)挑戰來(lai)自不(bu)確(que)定(ding)(ding)性，不(bu)確(que)定(ding)(ding)計算(suan)機什么(me)時(shi)候(hou)crash、斷電，不(bu)確(que)定(ding)(ding)磁盤什么(me)時(shi)候(hou)損壞，不(bu)確(que)定(ding)(ding)每次網絡(luo)通信(xin)要(yao)延遲多久，也不(bu)確(que)定(ding)(ding)通信(xin)對端是(shi)否處理了發送的(de)消(xiao)息(xi)。而分布(bu)式的(de)規模放大了這(zhe)個不(bu)確(que)定(ding)(ding)性，不(bu)確(que)定(ding)(ding)性是(shi)令人(ren)討厭的(de)，所以(yi)有(you)諸多的(de)分布(bu)式理論、協(xie)議來(lai)保證在這(zhe)種不(bu)確(que)定(ding)(ding)性的(de)情況(kuang)下，系統還能(neng)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(sheng)產環境中，尤(you)其容(rong)器(qi)部署情(qing)況(kuang)下服(fu)(fu)務實例地址(zhi)（服(fu)(fu)務器(qi)端(duan)口(kou)）是動態分配的，服(fu)(fu)務調用者無(wu)法提前獲取服(fu)(fu)務實例地址(zhi)和端(duan)口(kou)。

解決(jue)方案：在服務運行時，通過服務發現(xian)組件解析服務名(ming)來獲取(qu)服務實(shi)例地(di)址和端口。

2、如何找到實例？——請求分發的策略

問(wen)題描述：找到服務(wu)器(qi)后，還應該確定將當前請求發(fa)往服務(wu)器(qi)的哪(na)一個實例(li)。

解決方案：

（1）如果同(tong)一個服(fu)務(wu)的(de)實例都是(shi)完(wan)全對等的(de)（無狀態(tai)），那么按負載均(jun)衡策略來處理就足(zu)夠（隨(sui)機、輪詢(xun)、權重、hash、一致性hash、fair等各種(zhong)策略）。

（2）如果(guo)同一個(ge)服務(wu)(wu)的實(shi)例不是對等的（有狀(zhuang)態），那么(me)需要(yao)通過路由服務(wu)(wu)（元(yuan)數據服務(wu)(wu)等）先確定當前要(yao)訪(fang)問的請求數據在哪(na)一個(ge)實(shi)例上，然后再進行訪(fang)問。

3、如何避免雪崩？

問題描述：一個故障由于(yu)正(zheng)反饋不(bu)斷(duan)被擴大，從(cong)而導致整個系(xi)統故障

解決方案：

（1）【快速(su)失敗】和【降級機制】：熔斷、降級、限流等(deng)，通過快速(su)減少(shao)系統(tong)負載來(lai)避免雪崩的發生。

（2）【彈性擴容機制】，通過快速增(zeng)加系統的(de)服務能力來避免雪崩的(de)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(ru)果(guo)我們不能很清(qing)楚地了(le)解內部的(de)狀態，那么高可用是沒有辦法完(wan)全保障(zhang)的(de)。

解決方案(an)：監控系統的各層

（1）【硬(ying)件層面】：服(fu)務器溫(wen)度、磁盤RAID陣列(lie)等。

（2）【系統層面(mian)】：存活(huo)狀態、CPU、RAM、load負(fu)載(zai)。

（3）【應(ying)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(miao)述：既然要實現分布(bu)式數(shu)據庫，那么(me)應該如何(he)將數(shu)據進行切片？

解決方案：Hash、Consistent Hash和(he)Range Based分片策略(lve)。

6、如何設置冗余？如何復制數據？

問題描述：分布式(shi)存儲的高可用性需要冗余來保證，那么如何(he)做冗余？如何(he)對數(shu)據進行復制、更新(xin)時保證兩份數(shu)據的一致性？

解決方案：

（1）【中(zhong)心化(hua)方(fang)案】：主(zhu)從復制、一(yi)致性協(xie)議（Raft和Paxos）。

（2）【去中(zhong)心化的方案(an)】：Quorum、Vector Clock。