对于一个互联网人来说，“双11”是什么？
是在家拼团抢券，清空滴血的购物车？还是在公司加班熬夜，抢救垂死的服务器？
那几天早上叫醒你的，是“你有一个快递”的温馨提醒，还是“公司网站又宕机”的惊天噩耗？
为了下次能够更好地参与这个“千亿大项目”，今天我们就来全面了解一下，如何打造一个非常健壮的、双11不会宕机的高并发系统。
本文主要面向初级技术人员、产品运营等非技术人员，以及CEO和高管。我们用尽量通俗易懂的语言，普及一些技术原理和常用名词，同时也分享一些广泛适用的技术思想。
早年的互联网圈有一句玩笑话：“某某某扛着一台服务器去创业了”。
其实很多网站，还真就是从一台服务器起步的。
那个时候扁扁的机架式服务器还没普及，所谓“扛着去创业”的服务器，说不定就是自己打游戏那台高配PC。
我们知道，绝大部分互联网系统都是由应用程序、数据库、资源文件三部分组成。因为刚创业没钱，只有一台服务器，所以我们把它们都安装（部署）在一起。
部署在一台服务器上的小型网站
应用程序通常包括页面展示（前端）和业务处理（后端），它们的任务是响应用户对网站的访问，响应结果就是浏览器里看到的一个个页面。而页面中展示的数据，以及用户提交的信息，都保存在数据库里面集中管理。至于资源文件，一般常见的就是页面上显示的图片。
这种只有一台服务器的系统，能干多少事情呢？
我们衡量一个网站的性能，主要是看它能承受的访问量和并发量。
访问量，就是每天有多少人（UV）看了我们的网站多少次（PV）
并发量，是说同一时间（秒），有多少人同时在看（请求）我们的网站。
而性能的瓶颈和上限则是“并发峰值”。
举例来说，我们的网站有1万注册用户，但平时每天最多只有1000个人会来看（访问量UV=1000），凑巧在同一秒钟同时发出访问请求的，最多100人（并发=100）。但是到了双11那天，有可能1万个人同时参加秒杀活动。也就是突然出现了1万的并发峰值，如果服务器最多承受200、1000并发，那肯定就会宕机了。
并发峰值就是我们网站的性能上限，这个上限首先首先取决于服务器的硬件配置，包括CPU、内存、硬盘和网络带宽等。所以当网站跑不动的时候，我们首先想到的就是升级服务器，加更多的内存，换更快更大的硬盘，或者换一台CPU更多、更强的新机器。
光升级硬件不一定够，而且也不能无限升级，所以必须同时优化软件性能和程序效率。这里面牵涉的因素就很多了，使用哪种数据库？用什么开发语言？代码写的好不好？这些都有很大的影响。
传统的网站开发，基本上分成PHP、ASP/C#、Java三大阵营。其中老旧的ASP已经被淘汰，先天不足的C#也逐渐没落，做大企业平台出身的Java成了业界主流，但在只有少量服务器的情况下，轻量化的PHP往往是首选。
PHP阵营一般采用LAMP架构
LAMP开源架构，也就是服务器运行Linux操作系统，用Apache作为网页服务端，用MySQL作为数据库，用PHP开发网站程序，全部都是免费的开源软件。这个组合现在仍然被广泛使用，只是由Nginx取代了Apache的位置。
虽然程序员们绞尽脑汁优化代码，但终究不可能突破硬件性能的上限。单台服务器的极限，最多也就是几十万PV、几百个并发。随着业务量的快速增长，那台孤零零的服务器是坚持不了多久的。
服务器性能不足的常见现象：CPU使用率经常飙到100%，硬盘马达嘎叽嘎叽的疯狂转动，也还是来不及读写数据，用户打开网站页面的时候，经常会没有响应。
单打独斗不行，我们自然就要“打群架”，所以赶快掏钱，多买几台服务器来分担压力。
不过问题没有那么简单， 要让多台服务器一起工作，并不只是把机器连起来那么简单。
如果把原来那台服务器的数据库、程序、文件都复制到新服务器上，这就变成了两个一模一样的网站系统，它们之间会互相冲突。例如用户上一秒在A看价格，下一秒在B下单，数据就完全乱套了，这样显示是不行的。
要加服务器，我们先要把系统拆开，分成几个不同的部分。
系统就是前面说的应用程序、数据库和资源文件，原本都在一台服务器上，现在我们分开放在三台服务器上。
各系统之间通过内部网络通讯
分离之后，我们就可以针对各个系统的特点，调整每台服务器的配置，达到最优的性能。
其中数据库对磁盘读写能力要求极高，所以必须配备高速硬盘阵列，并辅以尽可能多的内存。而应用程序则最依赖CPU运算能力，所以尽量用高频、多核的高端CPU。而资源文件则需要大容量的高速硬盘。
将资源文件分离出来，独立一台服务器，主要是针对电商、社交之类的平台，因为用户会不断上传，所以图片和其他文件的数量会非常庞大，而且增长迅速。如果这方面的需求不突出，可以只给数据库单独一台服务器，少量的资源文件与应用程序共用一台。
分离数据库是不用修改程序代码的，只需要编辑一下配置文件中的数据库连接参数，把数据库服务器的地址从本机改成另一台机器的IP。
进行系统分离之后，如果网站原来的整体性能是“1”，那么现在至少是“2”，压力得到了极大缓解。
不过互联网行业讲究“速度至上”，访问量和并发量增长非常之快，只扩大一倍并不能坚持很久。而且每个系统都只有一台孤零零的服务器，任意一台出了故障，整个网站就完蛋了。
“单点故障”是致命的架构缺陷，意思是当系统中某一点失效，就会让整个系统无法运作。对于一个合格的高并发系统来说，避免单点故障是基本原则之一。
所以我们必须要增加更多的服务器。
现在我们的系统有数据库、应用程序、资源文件三台服务器，如果继续加服务器该怎么做？
在这三台服务器里面，通常压力最大是应用程序，因为它是用户来访问的时候最先碰到的，相当于打仗的时候守阵地的步兵。步兵打仗首先靠人多，所以我们要先给应用程序“加人”。
多台应用服务器同时使用一台数据库
为什么不给数据库加服务器？ 因为数据必须独一无二，而程序是重复运行的。所以应用程序加服务器最简单，基本上就是把程序拷贝过去新的服务器而已。
现在我们增加了应用程序服务器，但还必须先解决两个关键的问题：
这时候，我们会用到一种叫做“负载均衡”的网络技术。
简单的说，负载均衡就是在所有服务器的前面，增加一个网络设备，这个设备先接收用户的网络请求，然后进行平均分发。具体原理，就是一个登记着现在有哪些服务器（IP）的名单，名单中同时还记录了每个服务器现在有多忙，然后当有新的用户请求进来的时候，根据这份名单，优先把请求转发给最闲的那台服务器。
负载均衡的原理
这样，我们就可以让所有服务器同时工作，而且每台都充分发挥作用了。
假设一台服务器能应对1000并发，我们现在用10台服务器进行负载均衡，理论上就可以应对1000x10=10,000并发，性能提升了10倍。
负载均衡有专用的硬件设备：负载均衡交换机。
你可能经常听到网络工程师说“F5“，那不是一个偶像团体，也不是快捷键，而是一种负载均衡交换机的型号。
F5就是负载均衡交换机的代名词
负载均衡交换机价格昂贵，尤其是F5，一台几乎抵得上十台普通服务器。所以一般用“软负载均衡”更加经济实惠，方法是找一台普通的服务器，运行一个软件来模拟负载均衡交换机，常用的软件有LVS、Nginx、HAProxy等。
有了负载均衡，我们的系统就具备了最基本的可伸缩和高可用特性。
简单来说，就是能做到在增加、减少、替换服务器的过程中，保持系统的正常运行，网站和服务不需要暂停，用户也几乎完全感知不到。而且这个过程中，我们不需要修改程序代码。
负债均衡集群的动态扩容和故障替换
这种应用服务器的集群化，使得我们在“程序跑不动”的时候，可以随时增加服务器进行扩容。
比如双11来了，我们要增加新服务器，就可以先把新机器都装好系统和程序，然后联网调试，这个过程中用户还不会访问到新的服务器。当一切准备就绪之后，只要简单地修改一下负载均衡交换机的服务器名单，新服务器就立刻“入列服役”了。
同时，当集群中的某台服务器出现故障的时候，我们可以在不影响网站正常运行的同时，完成服务器的撤换。
要撤掉或替换某台服务器，首先从交换机名单中把那一台的IP地址删掉，让它“出列”，这样用户访问就不会再分发到这台服务器，而是由其他服务器分担。之后我们再不慌不忙地断开网络、备份数据、搬走机器。如果要维护或替换，就按照上面增加服务器的方式，准备好后“归队”就行了。
通过系统分离和负载均衡，我们在不改程序的前提下，把服务器从一台变成了多台。
如果程序代码优化得好、服务器配置合理，这种架构的极限差不多是一千万PV或几千并发，对于创业初期的平台来说基本上够用了。
不过这种负载均衡的集群技术，只能解决“程序跑不动”的问题，却没法解决“数据库扛不住”的问题。
由于数据必须保证一致性，数据库不能像应用程序一样，通过负载均衡直接组成集群，所以大多数情况下，数据库服务器都是处于“单打独斗”的状态。当那台唯一的数据库服务器，性能达到了上限的时候，即使增加再多的应用服务器，也不会有什么作用。
数据库扛不住，就没法支撑更大的业务量，也许还没熬到下一次双11，我们就已经死得很难看了。
所以接下来的课题就是：如何突破单台数据库的性能瓶颈？
由于篇幅的关系，我们今天先讲到这里，敬请期待下一篇《拯救数据库》！
