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网络相关知识整理

news 2025/9/10 7:12:24

负载均衡

负载均衡（Load Balancing）是一种分布式系统技术，核心作用是将网络流量、计算任务或数据请求均匀分配到多个服务器（或资源节点），避免单个节点因负载过高而性能下降或崩溃，从而提升系统的整体吞吐量、可用性和稳定性。

一、为什么需要负载均衡？

在高并发场景下（如电商促销、热门 APP 访问高峰），单台服务器的处理能力（CPU、内存、带宽等）有限：

  • 若请求集中到一台服务器，会导致响应变慢、超时甚至宕机（“单点故障”）。
  • 多台服务器协同工作时，若流量分配不均（部分服务器过载，部分空闲），会造成资源浪费。

负载均衡本质是 “合理分配压力”，让所有服务器 “各司其职”，既不闲置也不过载。

二、软件负载均衡

  • 原理：通过软件程序（运行在通用服务器上）实现负载均衡逻辑。
  • 常见工具：
    • Nginx：轻量高效，支持 HTTP/HTTPS（七层）和 TCP/UDP（四层）负载均衡，适合中小型应用。
    • HAProxy：高性能，专注于四层和七层负载均衡，支持复杂的负载策略，常用于高并发场景。
    • LVS（Linux Virtual Server）：基于 Linux 内核的四层负载均衡，性能接近硬件，适合底层流量分发。
  • 特点：成本低（开源免费）、灵活易配置，是中小团队的主流选择。

Nginx

Nginx（发音为 “engine x”）是一款高性能的 HTTP 服务器、反向代理服务器，同时也支持 TCP/UDP 代理、负载均衡、缓存等功能。它以轻量级、高并发处理能力、稳定性强著称，是现代 Web 架构中最常用的服务器之一（全球超过 30% 的网站使用 Nginx，包括淘宝、京东、Netflix 等）。

二、Nginx 的核心功能

1. HTTP 服务器（Web 服务器）

Nginx 可直接作为 Web 服务器，托管静态资源（HTML、CSS、JS、图片、视频等），支持：

  • 虚拟主机（一台服务器部署多个网站，通过server_name区分）。
  • URL 重写（通过rewrite指令实现 URL 跳转、伪静态）。
  • 压缩传输（gzip模块压缩资源，减少网络传输量）。
  • 访问控制（限制 IP、密码保护等）。
2. 反向代理

反向代理是 Nginx 最常用的功能之一：

  • 正向代理：客户端→代理服务器→目标服务器（如 VPN，代理客户端访问外部资源）。
  • 反向代理：客户端→代理服务器（Nginx）→后端服务器（如 Tomcat、Node.js）。
    作用：隐藏后端服务器 IP，增强安全性；统一入口，方便管理；配合负载均衡分发流量。
3. 负载均衡

Nginx 可作为负载均衡器，将客户端请求均匀分配到多台后端服务器，避免单节点过载：

  • 支持多种负载均衡算法（轮询、加权轮询、IP 哈希、最少连接数等）。
  • 支持健康检查（自动剔除故障服务器，恢复后自动加入）。
4. 动静分离

将静态资源（CSS、JS、图片）和动态资源（如 PHP、Java 接口）的请求分开处理：

  • 静态资源直接由 Nginx 处理（效率高）。
  • 动态资源通过反向代理转发给后端应用服务器（如 Tomcat、PHP-FPM）。
    优势：减轻后端服务器压力，提高整体响应速度。
5. SSL/TLS 终结

Nginx 可处理 HTTPS 加密和解密工作（SSL 握手、证书验证），后端服务器只需处理明文数据：

  • 减少后端服务器的加密计算开销。
  • 统一管理 SSL 证书，简化配置。

四、典型应用场景

  1. 静态资源服务器：直接托管网站的 HTML、CSS、JS、图片等，配合gzip和缓存配置优化加载速度。
  2. 反向代理 + 负载均衡：作为前端流量入口，将请求分发到后端多台应用服务器（如 Java、Python 服务），支撑高并发。
  3. 微服务网关：在微服务架构中，作为 API 网关，处理路由、认证、限流、监控等通用逻辑。
  4. CDN 节点：作为 CDN（内容分发网络）的边缘节点，缓存静态资源，加速用户访问。
  5. 反向代理 WebSocket：支持 WebSocket 协议代理，用于实时通讯应用（如聊天、弹幕）。

五、Nginx 基本配置示例

Nginx 的配置文件（通常是nginx.conf）是文本文件，结构清晰，以下是几个典型配置场景：

1. 作为静态 Web 服务器

nginx

# 一个server块代表一个虚拟主机
server {listen 80;                 # 监听端口server_name www.example.com;  # 绑定域名root /var/www/example;     # 静态资源存放目录index index.html index.htm;  # 默认首页# 访问日志配置access_log /var/log/nginx/example_access.log;error_log /var/log/nginx/example_error.log;
}
2. 反向代理（转发动态请求到后端服务器）

nginx

server {listen 80;server_name api.example.com;# 将所有请求转发到后端Node.js服务器location / {proxy_pass http://127.0.0.1:3000;  # 后端服务器地址proxy_set_header Host $host;       # 传递原始主机名proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;  # 传递客户端真实IP}
}
3. 负载均衡（分发流量到多台后端服务器）

nginx

# 定义后端服务器集群（upstream块）
upstream backend_servers {server 192.168.1.101:8080 weight=3;  # 权重3，处理更多请求server 192.168.1.102:8080 weight=1;  # 权重1server 192.168.1.103:8080 backup;    # 备用服务器（主服务器故障时启用）
}server {listen 80;server_name www.example.com;# 将请求转发到后端集群（使用负载均衡）location / {proxy_pass http://backend_servers;proxy_set_header Host $host;}
}

六、常用 Nginx 命令

bash

nginx -v          # 查看版本
nginx             # 启动Nginx
nginx -s stop     # 快速停止
nginx -s quit     # 优雅停止（处理完当前请求再停止）
nginx -s reload   # 重新加载配置（热部署）
nginx -t          # 检查配置文件是否正确

总结

Nginx 凭借高性能、轻量级和多功能，成为现代 Web 架构的核心组件。无论是作为静态服务器、反向代理，还是负载均衡器，它都能高效支撑从中小型网站到超大规模分布式系统的需求。掌握 Nginx 的配置和使用，是前端、后端和运维工程师的重要技能。

架构

“架构”（Architecture）是一个跨领域的通用概念，核心是指对一个复杂系统的结构化设计与组织方式—— 即如何将系统拆分为多个组件、组件之间如何协作、以及如何通过这种设计满足系统的核心目标（如性能、可靠性、可扩展性等）。

简单来说，架构就是 “系统的骨架”：它不关注具体的实现细节（比如代码怎么写），而是回答 “系统由什么组成”“组件之间怎么配合”“如何支撑业务需求” 这三个核心问题。

一、架构的核心本质

  1. 结构化拆分：将复杂系统拆解为更小、更易管理的 “组件”（或模块），降低复杂度。例如：
    • 建筑架构中，将大楼拆分为地基、承重墙、楼板、屋顶等组件。
    • 软件架构中，将应用拆分为用户界面、业务逻辑、数据存储等组件。
  2. 定义协作规则：明确组件之间的交互方式（如依赖关系、通信协议、数据流转路径），确保组件协同工作形成完整系统。
  3. 平衡多方需求：架构设计需在业务目标（如功能、迭代速度）、技术约束（如性能、成本）、质量属性（如可靠性、安全性）之间找到最优平衡。


软件架构

一、软件架构的核心要素

软件架构不关注具体代码实现，而是回答三个关键问题：

  1. 由什么组成？（组件拆分）：将系统拆分为哪些核心模块 / 服务（如 “用户模块”“订单模块”）。
  2. 如何协作？（交互规则）：组件之间通过什么方式通信（如函数调用、API 接口、消息队列），数据如何流转。
  3. 支撑什么目标？（质量属性）：通过设计确保系统具备所需的特性（如 “支持 10 万用户并发”“允许功能模块独立升级”）。

二、软件架构的分层视角

复杂软件系统的架构通常可从 “业务→应用→技术→数据” 四个层次拆解，每层关注不同维度：

1. 业务架构：对齐业务目标
  • 核心任务：梳理业务领域、流程和边界，确保技术设计与业务目标一致。
  • 示例：电商系统的业务架构需明确 “商品上架→用户下单→支付→物流→售后” 的全流程，以及每个环节的核心角色（如用户、商家、仓库）。
  • 输出：业务流程图、领域模型（如 “商品”“订单” 等核心业务实体及关系）。
2. 应用架构：拆分与组织应用
  • 核心任务：将业务流程拆分为独立的应用 / 服务，定义应用间的依赖关系和协作方式。
  • 示例：电商业务可拆分为 “用户中心”“商品管理”“订单系统”“支付系统” 等应用，其中 “订单系统” 需调用 “支付系统” 完成支付，调用 “商品管理” 查询库存。
  • 关键原则：高内聚（一个应用专注于一类业务）、低耦合（应用间通过标准接口通信，不依赖内部实现）。
3. 技术架构：支撑应用运行
  • 核心任务：选择技术栈、基础设施和中间件，为应用提供运行环境和通用能力。
  • 包含内容：
    • 开发框架（如 Java 用 Spring Boot，前端用 React）；
    • 部署环境（如物理机、虚拟机、容器 Kubernetes）；
    • 中间件（如数据库 MySQL、缓存 Redis、消息队列 Kafka）；
    • 基础能力（如负载均衡 Nginx、服务注册发现 Nacos、监控 Prometheus）。
  • 示例：高并发系统的技术架构可能包含 “Nginx 负载均衡→API 网关→微服务集群→Redis 缓存→MySQL 主从” 的技术链。
4. 数据架构：设计数据生命周期
  • 核心任务：定义数据的存储、流转、同步和治理方式，确保数据一致性、安全性和可用性。
  • 包含内容：
    • 数据存储选择（如结构化数据用 MySQL，非结构化用 MongoDB，日志用 Elasticsearch）；
    • 数据流转路径（如订单数据从 “订单系统” 写入 MySQL，同时同步到数据仓库供分析）；
    • 数据一致性保障（如分布式事务、最终一致性方案）。

三、常见软件架构模式（按演进顺序）

软件架构模式随技术和业务需求发展而迭代，每种模式有其适用场景：

1. 单体架构（Monolith）
  • 特点：所有功能模块（如 UI、业务逻辑、数据访问）打包为一个应用，部署在单一进程中，共享一个数据库。
  • 优势：简单直接，开发、部署、调试成本低。
  • 劣势：代码量大后维护困难，单模块升级需整体重启，无法针对局部扩容。
  • 适用场景：小型应用（如企业内部工具、个人博客）、业务简单且稳定的系统。
2. 分层架构（Layered Architecture）
  • 特点：在单体架构基础上按 “职责” 纵向分层，典型为 “三层架构”：
    • 表现层（UI）：处理用户交互（如网页、APP 界面）；
    • 业务逻辑层（Service）：实现核心业务规则（如订单生成、支付验证）；
    • 数据访问层（DAO）：与数据库交互（如查询、插入数据）。
  • 优势：职责清晰，便于团队分工（如前端开发专注表现层，后端专注业务层）。
  • 劣势：仍属单体应用，扩展性受限；层间依赖可能过强（如表现层直接调用数据层）。
  • 适用场景：传统企业应用（如 ERP、CRM 系统）、中等规模且业务稳定的系统。
3. 微服务架构（Microservices）
  • 特点：按业务领域拆分为独立部署的小型服务（如 “用户服务”“订单服务”），每个服务有自己的数据库和进程，通过 API 或消息队列通信。
  • 优势：服务独立扩展（如订单服务压力大时单独扩容）、技术栈灵活（不同服务可用不同语言）、故障隔离（单服务崩溃不影响整体）。
  • 劣势：分布式复杂性（如服务调用超时、数据一致性难保证）、运维成本高（需管理数十上百个服务）。
  • 适用场景：大型复杂系统（如电商、金融）、业务迭代快、团队规模大的场景。
4. 云原生架构（Cloud-Native）
  • 特点：专为云环境设计，基于容器化、编排和微服务，强调 “弹性扩展”“自愈能力” 和 “DevOps 自动化”。
  • 核心组件：
    • 容器化（Docker 打包应用，确保环境一致性）；
    • 编排工具（Kubernetes 自动管理容器的部署、扩缩容、故障恢复）；
    • 服务网格（Istio 管理服务间通信，处理限流、熔断、监控）；
    • Serverless（如 AWS Lambda，按需运行函数，无需管理服务器）。
  • 优势：极致弹性（流量高峰时自动扩容，低谷时缩容节省成本）、高可用（自动替换故障实例）。
  • 适用场景：互联网大规模应用、流量波动大的业务（如直播、电商促销）。
5. 事件驱动架构（Event-Driven）
  • 特点：服务通过 “事件”（如 “订单创建”“库存扣减”）异步通信，而非直接调用。一个服务产生事件，其他服务订阅并响应。
  • 优势：服务解耦彻底（服务间无需知道对方存在）、抗峰值能力强（事件可暂存队列，逐步处理）。
  • 劣势：数据一致性需通过 “最终一致性” 保障（可能短暂不一致）、调试复杂（事件链路长）。
  • 适用场景：异步业务流程（如订单状态变更后通知物流、短信、积分系统）、跨系统协作场景。

微服务架构

后端集群

 Spring Boot 
开发框架

中间件

高并发系统的技术架构可能包含 “Nginx 负载均衡→API 网关→微服务集群→Redis 缓存→MySQL 主从” 的技术链。

Docker 

分布式


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