基于SSH框架的高并發與高可用網站架構的設計與開發

張鵬

摘要：互聯網技術的逐步成熟使得越來越多的用戶進入網絡，享受網絡給自己生活帶來的便捷。但是，用戶的增多給許多商業網站提出了新的挑戰。如何在大用戶量訪問網站時，保證網站的流暢度和穩定性，成為判斷一個商業網站是否成功的顯著標志。該文基于SSH框架提出了一種高并發、高可用網站架構以解決上述問題。首先利用SSH技術構建服務器端，利用集群理念，延伸服務器數量，形成服務器集群。通過Nginx技術實現多服務器間的負載均衡，減輕大訪問量單一服務器上的壓力，保證服務器的高可用性。同時，使用RabbitMQ消息隊列的異步處理機制，對訪問高峰期請求進行削峰處理，減少響應所需時間，提高網站高并發處理能力。

關鍵詞：負載均衡;高并發;高可用;消息隊列

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）27-0100-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

互聯網技術日趨成熟帶來了大量用戶的網站訪問需求，高并發[1]和高可用已經成為對于一個成熟的商業網站必備的要求。而以往的單服務器網站面對高并發的情形時，極易導致單位時間內服務器壓力驟增，既無法及時響應用戶請求，而且容易導致服務器崩潰，降低系統可用性。面對以上問題，本系統采用集群理念，延伸服務器數量，形成服務器集群[3]，保證在一臺服務器宕機的情況下，仍有其他服務器可用。并且通過Nginx技術實現多服務器間的負載均衡[2]，實現網站的高可用性。同時，使用RabbitMQ消息隊列[4-5]的異步處理機制，對訪問高峰期請求進行削峰處理，減少響應所需時間，提高網站高并發處理能力。

2 系統分析與設計

網站整體架構如圖1所示，當網站遭遇高并發時，大量的用戶請求從瀏覽器端進入到后臺服務器。此時Nginx會根據服務器權重優先級進行請求分配，實現負載均衡，減輕單服務器處理壓力。為保證在高并發時，網站達到減少服務器響應時間、增強用戶體驗度的目標，網站架構中加入消息隊列服務器，通過其異步處理功能，使得網站系統在不影響響應速度的同時，利用消息驅動機制，降低數據庫壓力，最終形成一個高并發、高可用的網絡架構。

2.1 服務器的設計

服務器端采用SSH框架技術進行設計，如圖2所示，采用SSH框架[6-8]進行服務器設計的優點在于各個框架可以發揮各自在Web應用各層上的特點，互相協同，實現“低耦合、高內聚”的軟件系統設計思想。在JavaEE分層設計結構中，Hibernate框架主要負責數據持久層，進行數據庫的交互處理工作;Struts框架專注于控制層工作，對用戶請求響應進行控制調度;而Spring框架利用其IOC和AOP技術，貫穿于各層當中，負責整個Web項目中類的集中管理，通過IOC容器進行各類的實例化創建工作。并且借助于AOP技術[9]實現核心業務與輔助業務相分離，真正做到各模塊間低耦合的設計效果。

2.2 Nginx技術與服務器集群的分析與使用

當大量的用戶請求從瀏覽器端進入到后臺服務器時，如圖3所示，Nginx會根據服務器權重優先級進行請求分配，將用戶請求進行分流，減輕單位時間單體服務器的請求處理壓力，實現負載均衡，減輕單服務器處理壓力。同時，Nginx在處理靜態文件的吞吐量優于tomcat，通過Nginx的反向代理功能，實現動態資源請求與靜態資源請求相分離，即諸如css、png.js等靜態資源交由Nginx處理，而諸如jsp、servlet等動態資源交由tomcat處理，從而達到動靜分離的效果。本網站架構充分利用集群理念，延伸服務器數量，形成服務器集群，保證在出現某一個服務器宕機的情況下，能夠實現運行不斷檔，形成一個高可用性網站架構。

2.3 消息隊列服務器的設計

當傳統的網絡架構中遭遇高并發的情形時，如圖4所示，大量的用戶請求會直接與數據庫進行互動，導致數據庫瞬時壓力驟增，從而接受響應的時間增加，嚴重影響用戶體驗。本網站架構中使用RabbitMQ作為消息隊列使用，如圖5所示。消息隊列的引入使得用戶請求在到達消息隊列服務器時立即返回，之后由消息隊列的消費者進程獲取剛剛的數據，異步寫入數據庫。因消息隊列服務器在處理速度與伸縮性上均優于數據庫，所以響應速度得到大幅改善。

2.4 緩存機制的設計

在大并發量的情況下，大量的數據需要進行讀取操作，如果每次程序都需要向數據庫直接做查詢操作，則其所帶來的性能開銷顯而易見，頻繁的網絡傳輸也會大大降低系統的整體性能。因此cache的引入對于解決高并發問題非常有效，它能讓數據在本地內存中保留一個鏡像，下次訪問時只需從內存中直接獲取，對于網站整體性能提升明顯。

在hibernate框架中，一級緩存存在于Session中，屬于事務級數據緩沖。一旦事務結束，一級Cache也隨之失效。同時，如圖6所示，本網站架構中增加第三方的數據庫連接池C3PO。因為建立數據庫連接時會消耗一定時間，所以采用數據庫連接池技術預先建立多條數據庫連接，并在將來持續使用，從而節約掉建立數據庫連所需時間，C3PO的引入對于高并發隨機訪問數據庫時的效率提升有很大幫助。

3 實驗

測試部分中，本文將上述所設計集群服務器架構與傳統的單體服務器架構相對比。通過JMeter發起海量并發數據請求，對兩種不同的架構進行壓力測試，驗證其是否滿足高并發與高可用網絡架構要求。表1展示了數據訪問性測試用例內容。

為了保證數據訪問測試的可信度，本文分別從4個維度，對比兩種不同類型架構數據訪問所需耗時。表2展示了在4種不同性能指標下，兩種不同類型架構的性能數據。

如圖7所示，通過對比測試，本文網站架構在TP90、TP95、TP99各維度中均大幅度優于傳統架構，網絡請求耗時相比之前更少、響應速度更快、用戶體驗流暢度更優。滿足一個高并發與高可用網站架構要求。

4 總結

本文是基于SSH框架提出了一種高并發、高可用網站架構。主要是在面臨海量用戶請求業務場景時，可以保證服務器快速響應、運行平穩，無差錯。本文在SSH構建服務器的基礎上形成集群，并輔之以Nginx高性能技術、RabbitMQ消息隊列和緩存機制等。經過壓力測試，網絡請求耗時顯著減少，證明了本文所述框架的有效性。

參考文獻：

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【通聯編輯：聞翔軍】