Web应用架构入门之11个基本要素

译者： 读完这篇博客，你就可以回答一个经典的面试题：当你访问Google时，到底发生了什么？

为了保证可读性，本文采用意译而非直译。另外，本文版权归原作者所有，翻译仅用于学习。

当我还是小白的时候，如果知道Web应用架构就好了！

上图展示了我们Storyblocks的架构，对于初学者来说，似乎有些复杂。

下面我通过用户访问Strong Beautiful Fog And Sunbeams In The Forest页面的处理过程来简单说明各个架构要素的作用：

  • 当用户点击Strong Beautiful Fog And Sunbeams In The Forest访问我们的图片服务时，浏览器会先给DNS(域名解析服务)服务器发送请求，获取IP地址，然后再给Storyblocks服务器发送请求。
  • 用户的请求会到达我们的Load Balancer(负载均衡服务)，Load Balancer会随机选择我们10个Web Application Server(网页应用服务)中的一个来处理这个请求。
  • Web Application Server会先在Caching Service(缓存服务)读取图片信息，然后再从Database(数据库)中读取其他数据。
  • 当Web Application Server发现图片的color profile(颜色分析)还没有计算时，会给Job Queue(任务队列)发送一个color profile任务。
  • Job Server(任务服务)会从Job Queue中获取corlor profile任务进行异步计算，计算结束之后再更新数据库。
  • Web Application Server会给search service(搜索服务)发送搜索请求，以图片的名字作为关键词，来查找类似的图片。
  • 如果用户恰好是登录状态，Web Application Server会去访问Account Service(账号服务器)来获取账号信息。
  • Web Application Server会给data firehose(数据加载服务)发送一个Page View(网页浏览)事件，并把它记录到我们的Cloud Storage System(存储云)，最终加载到我们的Data Warehouse(数据仓库)中。数据分析师会通过Data Warehouse中的数据来分析我们的运行情况，辅助我们的商业决策。
  • Web Application Server会渲染出HTML，并把它通过Load Balancer发送给用户的浏览器。页面中的JavaScript和CSS文件存储在我们的Cloud Storage System(存储云)中，并通过CDN进行分发。因此，用户的浏览器会直接访问CDN来获取JavaScript和CSS文件。
  • 最后，浏览器再渲染整个页面给用户看。

我们的Strong Beautiful Fog And Sunbeams In The Forest页面有一张非常漂亮的森林图片，网页截图如下：

接下来，我会依次介绍每一个要素。

1. DNS

DNS全称为Domain Name Server，即域名解析服务，它是互联网的基础。提供域名(比如google.com)，DNS可以返回其IP地址(比如85.129.83.120)。有了IP地址，用户的计算机才知道应该访问哪个服务器。这一点类似于手机号码，域名与IP的区别等价于”给马云打电话”和”给201-867–5309打电话”。以前你需要通过电话本查找马云的手机号码，那DNS就类似于互联网的电话本，你需要它来查询某个域名的IP。

2. Load Balancer

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Load Balancer(负载均衡服务器)是我们对应用进行横向扩展的关键。它会把请求分发到多个Web Application Server(网页应用服务)中的一个，这些Application Server运行的程序是一样的，对同一个请求的处理方式完全相同，它们会把请求返回给客户端。Load Balancer的作用就是分发请求，这样，当某个服务器宕机时，仍然可以保证服务。

目前，业界最受欢迎的Load Balancer是Nginx，Fundebug用的也是Nginx。

3. Web Application Servers

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Web Application Server，即网页应用服务，理解起来相对简单一些。它们负责执行核心的业务逻辑，处理用户的请求，并返回HTML给用户浏览器。为了完成工作，它们通常需要访问多种后端服务，比如数据库、缓存、任务队列、搜索服务等。在Load Balancer中提到过了，Web Application Server通常有多个副本，它们从Load Balancer获取用户请求。

Web Application Server需要使用特定的编程语言(Java, Node.js, Ruby, PHP, Scala, Java, C# .NET等) 和MVC框架(Node.js有Express, Ruby有Rails, Scala有Play, PHP有Laravel等)来实现。Fundebug后端语言用的是Node.js，框架用的是Express。

4. Database

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现代应用基本上都需要使用1个或者多个Dabase(数据库)来存储数据。利用数据库，我们可以方便地对数据进行各种处理，比如定义数据结构、插入数据、查找数据、更新数据、删除数据、对数据进行计算等。一般来说，Web Application Servers会直接访问数据库，Job Server也一样。另外，每一种后端服务都有可能会需要独立的数据库。

目前，业界最受欢迎的开源数据库技术有MySQL、MongoDB等。Fundebug用的是MongoDB。

5. Caching Service

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Caching Service，即缓存服务，提供简单的键值对存储和读取服务，它可以让数据的存储和读取的时间复杂度接近于O(1)。对于复杂的计算，我们会将计算结果存储到缓存中，这样下次需要结果时，就不需要重新计算了，可以从缓存中直接读取结果。Web Application Servers会将数据库查询、外部调用结果、某个URL对应的HTML文件等存储到缓存中。

下面是一些真实的缓存实例：

  • Google会缓存常见查询的结果，比如”dog”或者”Taylor Swift”，而不是每次去重新计算。
  • Facebook会缓存你登陆时看到的数据，比如动态、朋友等，细节可以阅读Scaling Memcache at Facebook。
  • 我们Storyblocks会缓存React服务端渲染的HTML，搜索结果等。

目前，业界最受欢迎的缓存技术是Redis和Memcache。Fundebug用的是Redis。

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6. Job Queue & Servers

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大多数网页应用都需要在后台进行一些异步计算，这些计算并非直接与响应用户请求有关。比如，Google需要爬取整个互联网的网页，并为其建立索引，这个计算不是在你搜索的时候进行，而是异步进行，他们一直在更新网页索引。

异步计算有多种不同的方式，最普遍的方式就是Job Queue，即任务队列。它由两部分组成，一个保存任务的队列，以及一个或者多个运行任务的服务。

Job Queue中保存了需要进行异步计算的任务。最简单的任务队列是first-in-first-out (FIFO)，即先进先出，而更为复杂的队列会有优先级机制。对于 Web Application Servers来说，当需要计算某个任务时，将这个任务加入队列就可以了。

在Storyblocks，我们利用Job Queue运行非常多的后台任务，比如编码视频和图片、为CSV加标签、统计用户数据、发送密码重置的邮件等。刚开始我们用的是FIFO队列，后来我们增加了优先级机制来保证响应时间要求高的任务(比如发送密码重置邮件)可以尽快处理。

Job server(任务服务)负责运行任务，它们不断从队列中获取任务然后执行。Job Server也可以使用各种后端语言编写，Fundebug用的是Node.js。

目前，业界流行的Job Queue技术有RabbitMQ、ActiveMQ、Kafka等，Fundebug用的是RabbitMQ。

7. Full-text Search Service

大多Web应用都会支持搜索功能，用户输入关键词，应用返回相关结果。搜索技术也被称作full-text search，即全文检索，是通过inverted index(倒排索引)来是的。如下图所示：

事实上，数据库比如MySQL会支持全文检索功能，但是一般来说我们会采用独立的Search Service(搜索服务)来计算和保存倒排索引，并提供搜索接口。目前最受欢迎的全文检索技术是Elasticsearch，当然还有其他选择，比如 Sphinx和Apache Solr，Fundebug用的是Elasticsearch。

8. Services

当应用规模足够大时，很可能需要将一些服务拆分出来。这些服务并不向外部提供，而是提供给Web Application Servers以及其他内部服务。在Storyblocks，我们有很多这样的服务：

  • Account service(账号服务)：管理我们所有站点的用户账号数据，提供统一的账号系统。
  • Content service(内容服务)：管理我们所有视频、音频和图片的元数据，它会提供下载内容和查看历史的接口。
  • Payment service(支付服务)：提供接口来结算用户的信用卡。
  • HTML → PDF service(HTML转PDF服务)：提供HTML转PDF的接口。

Services也可以使用各种后端语言编写，Fundebug用的是Node.js。

9. Data

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AI时代，一个公司的成败取决于它如何利用数据。一个典型的数据处理处理流程有3个主要步骤：

  • Web Application Servers负责收集数据，通常是一些用户行为记录，将数据发送给Data Firhose(数据加载服务)，Data Firhose负责将流数据可靠地加载到数据存储和分析工具。AWS Kinesis和Kafka可以作为Data Firhose。
  • Data Firhose将收集的原始数据以及初步处理过的数据存储到数据云中。AWS Kinesis Data Firehose可以方便地将数据存储到AWS 云存储(S3)中。
  • 初步处理过的数据可以加载到Data Warehouse(数据仓库)进行处理。我们使用的是AWS Redshift，大型公司有些使用Oracle的Data Warehouse。如果数据非常大的话，可能需要使用Hadoop。

还有，我们Storyblocks会每天晚上将Web Application Servers和各种Services的运行数据加载到Redshift中。这样，我们的数据分析师可以结合所有数据进行综合分析。

Fundebug使用Kafka作为Data Firhose，使用阿里云的对象存储 OSS作为数据仓库，使用Hadoop进行离线数据分析。

10. Cloud storage

Cloud storage即数据存储云，可以通过安全、可扩展的数据存储服务，可以存储任意数据，并可以通过HTTP接口进行操作和管理。亚马逊的AWS 云存储(S3)是当前最受欢迎的数据存储云，我们Storyblocks依赖它来存储视频、音频、图片、JavaScript、CSS以及前文提到过的用户行为数据等。

Fundebug使用阿里云的对象存储 OSS以及腾讯云的对象存储 COS作为数据存储云。

11. CDN

CDN，全称为Content Delivery Network，即内容分发网络，它可以利用更靠近用户的服务器分发HTML、CSS、JavaScript和图片等静态资源，有效降低页面加载时间。不再使用单个源服务器提供服务，而是利用全球各地的服务器作为缓存服务器分发静态资源，用户可以直接从更加靠近他们的缓存服务器下载资源，而不需要去访问源服务器。

如下图所示，当西班牙的用户给纽约的网站请求某个页面时，静态资源可以从英国的缓存服务器直接下载，而不再需要进行速度很慢的跨大西洋访问：

图片来源

这篇博客详细介绍了CDN技术。一般来说，网页应用会使用CDN来分发CSS，JavaScript，图片以及视频等静态资源。Fundebug使用腾讯云以及七牛云的CDN服务。

参考

关于Fundebug

Fundebug专注于JavaScript、微信小程序、微信小游戏、支付宝小程序、React Native、Node.js和Java线上应用实时BUG监控。 自从2016年双十一正式上线，Fundebug累计处理了30亿+错误事件，付费客户有阳光保险、达令家、核桃编程、荔枝FM、微脉等众多品牌企业。欢迎大家免费试用！ 




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