知識拓展|構(gòu)建容錯軟件系統(tǒng)的藝術(shù)

發(fā)布時間：2023-08-02 13:39:17

構(gòu)建容錯軟件系統(tǒng)的藝術(shù)

現(xiàn)在，我們生活在由軟件系統(tǒng)推動的世界中。這些系統(tǒng)深入到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面，其連續(xù)、可靠的性能不再是奢侈，而是必需。現(xiàn)在，企業(yè)比以往任何時候都更需要保證他們的系統(tǒng)可用、可靠，并具有彈性。這種需求由滿足客戶期待以及戰(zhàn)勝競爭對手的需求所推動。那么，要達到這個目標(biāo)的關(guān)鍵是什么呢?答案就是建立具有容錯性的軟件系統(tǒng)。

容錯系統(tǒng)的重要性在于它們能夠防止長時間的停機和收入損失。設(shè)想一下，一個金融機構(gòu)嚴(yán)重依賴某交易平臺來執(zhí)行交易，它無法承受市場交易時間內(nèi)平臺的停機風(fēng)險。如果平臺真的不可用了，這家公司可能面臨數(shù)百萬的收入損失，以及隨之而來的聲譽損失。但是，通過執(zhí)行容錯策略和模式，公司可以確保即使在出現(xiàn)故障的情況下，平臺仍能保持可用。

在本文中，我們將更深入地探索一些大型科技公司和軟件工程團隊如何使用策略和模式來保持系統(tǒng)的可用性。

容錯系統(tǒng)的八大支柱

1.冗余和復(fù)制是建立容錯軟件系統(tǒng)的常見策略之一。冗余包括復(fù)制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，并確保這些組件的多個實例是可用的。如果一個組件實例失敗，另一個實例能立即接管。冗余可在硬件、軟件和數(shù)據(jù)等系統(tǒng)的不同層次中實現(xiàn)。例如，硬件冗余包括使用多臺服務(wù)器或存儲設(shè)備，而軟件冗余包括在多臺服務(wù)器上復(fù)制應(yīng)用實例。
2.負(fù)載均衡是另一個對建立容錯軟件系統(tǒng)至關(guān)重要且廣為人知的策略。負(fù)載均衡涉及將入站的網(wǎng)絡(luò)流量分流到多臺服務(wù)器，以確保無一臺服務(wù)器過載。如果一臺服務(wù)器發(fā)生故障，流量可以自動重定向到另一臺服務(wù)器，從而降低故障的影響。負(fù)載均衡可以通過硬件或軟件解決方案實現(xiàn)，并通常與冗余和復(fù)制配合使用，以最大化系統(tǒng)的容錯性。
3.模塊化本質(zhì)上是將系統(tǒng)拆分為較小、獨立的部分，這些部分可以獨立進行開發(fā)、部署和維護。這種做法使得故障的定位和隔離變得更加容易，同時也可以更快地恢復(fù)正常運行。微服務(wù)則是模塊化的一種延伸，它將系統(tǒng)進一步劃分為更小的、可以獨立開發(fā)和部署的服務(wù)。微服務(wù)的出現(xiàn)極大地提升了系統(tǒng)的容錯能力，它可以將故障的影響降至最小，以實現(xiàn)快速恢復(fù)。
4.優(yōu)雅降級是指在設(shè)計系統(tǒng)時，要確保即便部分組件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)也能至少保持基本功能運行。這種設(shè)計思路確保了即使部分功能或性能暫時受到影響，系統(tǒng)依然保持可用。通過設(shè)計系統(tǒng)來檢測故障并自動調(diào)整其行為以適應(yīng)故障情況，就可以實現(xiàn)優(yōu)雅降級。比如，如果一個依賴第三方服務(wù)的功能不可用，Web 應(yīng)用程序可以顯示該頁面的簡化版本。
5.熔斷器是一種用來防止系統(tǒng)級聯(lián)故障的設(shè)計模式。它將對外部依賴(如數(shù)據(jù)庫或 Web 服務(wù))的調(diào)用包裝在熔斷器中。熔斷器會監(jiān)視外部依賴的健康狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，它就會打開電路，阻止進一步的依賴調(diào)用。這種設(shè)計可以讓系統(tǒng)在外部依賴出現(xiàn)故障時優(yōu)雅地降級，而不會直接崩潰。
6.快速失敗是一種模式，旨在在檢測到故障后立即停止系統(tǒng)執(zhí)行以防止更大的損害。這種方式保證了系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時能快速失敗，避免引發(fā)更嚴(yán)重的級聯(lián)故障。通過在代碼中添加斷言或前置條件，我們能在開發(fā)過程的早期檢測出錯誤，從而實現(xiàn)快速失敗。設(shè)置適當(dāng)?shù)某瑫r和截止日期也是快速失敗的一種形式，系統(tǒng)可以終止運行時間過長的操作，防止對系統(tǒng)造成更大的損害。
7.重試是一種設(shè)計模式，它能自動重新執(zhí)行失敗的操作，期待在后續(xù)嘗試中成功。對于瞬態(tài)故障(如網(wǎng)絡(luò)超時或臨時服務(wù)不可用)這種方法可能會有效。重試的實現(xiàn)可以采用不同的算法，例如指數(shù)回退，它在每次重試之間增加延遲，以減輕系統(tǒng)負(fù)載。
8.限流是一種策略，其目標(biāo)是限制系統(tǒng)處理請求的速率。這種策略可以預(yù)防過載，確保系統(tǒng)能在流量激增時仍然能夠處理，而不會過于繁忙。限流可以通過設(shè)置每秒或每分鐘可以處理的請求數(shù)量來實現(xiàn)。對于那些依賴于具有使用限制的外部 API 或服務(wù)的系統(tǒng)，這種策略特別有效。