【Redis/1-前置知识】分布式系统概论：架构、数据库与微服务
文章目录
- 一、分布式系统知识
- 1. 单机架构
- 2. 分布式系统
- 3. 数据库分离
- 4. 负载均衡与缓存
- 6. 数据库分库分表
- 6. 微服务架构
- 二、分布式系统基本概念
- 1. 应用（Application）/ 系统（System）
- 2. 模块（Module）/ 组件（Component）
- 3. 分布式（Distributed）
- 4. 集群（Cluster）
- 5. 分布式 vs 集群
- 6. 主从架构（Master/Slave）
- 7. 中间件（Middleware）
一、分布式系统知识
Redis作为现代应用架构中的重要组件，在正式学习前最好先理解其背后的相关概念。
1. 单机架构
单机架构是最简单的系统部署方式，所有组件（应用、数据库、缓存等）都运行在单一服务器上。在这种架构中：
- 部署简单，无需考虑网络通信
- 数据访问快速（本地内存/磁盘）
- 但存在单点故障风险
- 性能受限于单台机器资源
Redis最初就是作为单机内存数据库设计的，即使在单机环境下也能显著提升应用性能，通过内存存储避免磁盘I/O瓶颈。
2. 分布式系统
对于单机架构有一个致命的问题，一台主机的硬件资源是有限的，包括但不限于：CPU、内存、硬盘、网络等，此时我们就需要引入更多的主机（硬件资源），即分布式架构：
分布式系统由多台计算机组成的系统，这些计算机通过网络通信协同工作。Redis在分布式环境中有两种主要形式：
- Redis集群：官方提供的分布式解决方案，数据分片存储在多个节点
- 主从复制：读写分离，提高读取性能
比如我们可以将单机架构中的数据库服务，单独分配给一个服务器：
这样对于存储服务器，需要更大的硬盘与更快的数据访问速度；对于应用服务器，需要配置较高的CPU与内存。就实现了分布式架构/
3. 数据库分离
在实际的应用场景中，一般读的频率是远高于写的频率的，因此我们可以采用数据库读写分离的方式提高整体效率。
这种情况一般是一主多从，即有一个主服务器，多个从服务器，数据库服务器通过负载均衡的方式让从服务器进行访问，主服务器负责派发任务。
4. 负载均衡与缓存
但尽管引入了数据库读写分离的技术，依然存在一个问题：
- 数据库中的数据是存储在硬盘中的，其访问速度是比较慢的。
- 如果我们将数据库中的数据放在缓存中，岂不是解决这个问题了？
- 缓存中的数据访问速度很快，但是其容量很小！！
- 在实际的应用场景中，数据库中的数据只有小部分是会被高频访问的，即20%的数据能够支持80%的访问量。
- 所以只要我们将被高频访问的小部分数据放在缓存中，就能很好的解决这个问题。
- Redis充当的就是整个系统中的“缓存”的功能
负载均衡将工作负载分配到多个计算资源上。Redis在负载均衡中扮演重要角色：
- 集中式会话存储（Session Storage）
- 缓存共享，使多个应用服务器能访问同一缓存池-
- 配合负载均衡器（如Nginx）实现请求分发
例如，用户请求被负载均衡器分配到任意应用服务器，所有服务器都能从同一Redis实例获取用户会话数据。
6. 数据库分库分表
我们针对数据库进行进一步的拆分，即分库分表。
- 对于一个数据库服务器，会有多个数据库（database）
- 我们可以引入多个数据库服务器，每个数据库服务器存储一个或部分数据库。
分库分表是将大数据库/表拆分为小的、更易管理的部分。Redis在这里的作用：
- 减轻查询压力：缓存复杂查询结果
- 掩盖分库分表复杂性：应用层通过统一缓存接口访问
- 提高JOIN操作效率：缓存关联结果
- 全局ID生成：为分片数据库提供唯一ID
例如，电商平台将订单表按用户ID分片，Redis可以缓存用户最近订单，避免跨分片查询。
6. 微服务架构
对于之前的应用服务器、一个服务器程序中有很多业务；
可能会导致服务器的代码变得越来越复杂。
为了方便维护代码与系统，可以把一个复杂的服务器，拆分为多个功能单一、体量更小的服务器；即微服务。
微服务将应用拆分为小型、独立的服务。
Redis的轻量级和高性能使其成为微服务架构的理想中间件。
微服务的优势：
二、分布式系统基本概念
1. 应用（Application）/ 系统（System）
定义：
为实现特定服务目标而设计的独立程序或一组协同工作的程序集合。
生活类比：
类似为完成项目任务而组建的团队（单人或多角色协作）。
2. 模块（Module）/ 组件（Component）
定义：
在复杂系统中，将高内聚、功能明确的逻辑单元抽象为独立实体，以实现职责分离。
生活类比：
军队执行任务时划分的职能小组（如突击组、爆破组），各司其职且协同运作。
3. 分布式（Distributed）
定义：
系统的不同组件部署于多个物理主机，依赖网络通信实现协作的架构形态。
关键特征：
- 跨主机部署
- 网络通信依赖
生活类比：
跨国企业团队分散在不同地区，通过远程协作完成工作。
4. 集群（Cluster）
定义：
多台服务器上部署的同类组件集合，共同提供特定服务能力的逻辑实体。
典型场景：
- 数据库集群（如多MySQL实例）
- Web服务器集群
生活类比：
军队集中炮兵部队形成火力打击单元，针对同一目标协同作战。
5. 分布式 vs 集群
核心区别：
| 维度 | 分布式 | 集群 |
|---|---|---|
| 强调重点 | 物理部署形态 | 逻辑服务目标 |
| 组件关系 | 异构组件协作 | 同质组件冗余 |
| 通信要求 | 必须跨网络 | 可同主机或跨网络 |
6. 主从架构（Master/Slave）
定义：
集群中通过角色划分实现责任分离的架构模式：
- 主节点：承担核心操作（如数据写入）
- 从节点：同步主节点状态并提供衍生服务
典型应用：
MySQL主库（写操作）与从库（读操作）。
7. 中间件（Middleware）
定义：
为异构系统提供标准化通信能力的桥梁软件，位于应用与底层资源（数据库/网络）之间。
核心价值：
- 解耦系统组件
- 标准化交互协议
生活类比：
餐饮集团中央采购部门统一对接供应商与门店。