Java基础：什么是高并发

什么是高并发？有很多初学Java的小伙伴还不是很了解，下面极悦小编来给大家进行详细介绍。

1.什么是高并发

高并发(High Concurrency)是互联网Java分布式系统架构设计必须考虑的因素之一，它通常意味着通过设计保证体系可以同时处理多个并发请求。

一些常用的高并发相关指标有响应时间(Response Time)、吞吐量(Throughput)、每QPS的查询率(Query Per Second)、并发用户数。

响应时间：系统响应请求的时间。比如一个系统处理HTTP请求需要200ms，系统响应时间是200ms。

吞吐量：单位时间内处理的请求数。

QPS：每秒响应请求数。在互联网领域，这个指标和吞吐量的区别并不是那么明显。

并发用户数：同时承载正常使用系统功能的用户数。例如，一个即时通讯系统，在一定程度上代表了在线系统的并发用户数量。

2.如何提高系统并发能力

互联网分布式架构设计提高系统并发能力的方式，主要在方法论上两种方式：纵向扩展(Scale Up)和横向扩展(Scale Out)。

纵向扩展：单提升处理能力。纵向扩展有两种方式：

(1)增强单硬件性能，例如：增加CPU核心数，如32核，如千兆升级更好的卡，如SSD升级更好的硬盘，如硬盘容量扩展2T，扩容系统内存，如128G;

(2)单一架构提升性能，如：使用IO Cache减少次数，使用异步增加单个服务的吞吐量，使用无锁数据结构减少响应时间;

在互联网业务增长非常快的初期，如果预算不是问题，我们强烈建议使用“增强单机硬件性能”的方式来提升系统的并发能力，因为在这个阶段，公司的业务发展策略往往是与时间赛跑，而“单机硬件性能提升”往往是最快的方式。

无论是单机硬件提升性能，还是单机架构性能提升，都有一个致命的缺陷：单机性能永远是一个极限。所以互联网分布式架构设计的高级并发终极解决方案或扩展。

横向扩展：只要增加服务器数量，系统架构的横向扩展是需要设计的，层次是如何横向扩展设计的，层次架构和互联网公司的横向扩展架构的常见做法，我们重点介绍本文的内容。

3.普通互联网分层架构

普通互联网作为一种分布式架构，分为：

(1)客户端层：调用者是典型的浏览器浏览器或手机应用APP

(2)反向代理层：入口系统、反向代理

(3)站点应用layer：核心实现的应用逻辑，返回html或者JSON

(4)服务层：如果是实现的服务，就是这一层

(5)数据-缓冲层：更快的访问缓存

(6)数据——数据库层：数据库数据存储固化

在各个层次贯穿系统级扩展，又是如何实现的呢?

4.扩展横向分层架构实践

反向传播层级代理

横向传播反向代理层，通过“轮询DNS”来实现：dns-server解析配置多个IP的域名，DNS解析每次请求访问dns-server，轮询返回 ip。

当nginx成为瓶颈的时候，只要增加服务器数量，部署nginx新服务，添加外网ip，就可以扩展反向代理层的性能，这样理论上可以无限高并发。

站点级层扩展

站点层的横向扩展，通过“nginx”来实现。通过修改nginx.conf，可以提供多个后端web。

当web后端成为瓶颈的时候，只要增加服务器数量，部署新的web服务，在nginx配置中配置新的web后端，就可以扩展站点层的性能，所以理论上无限高并发。

扩展服务层

服务层的横向扩展，通过“服务连接池”来实现。

当站点下游层通过 RPC-client 调用服务层 RPC-server 时，连接池中的 RPC-client 会与多个下游服务建立连接，当服务成为瓶颈的时候，只要增加服务器数量多，部署新服务，在建立新的RPC-client连接下游服务，就能扩展服务层性能，所以理论上无限高并发。如果需要专门的服务层自动扩展，可能需要配置服务中心支持自动发现功能。

数据层级别扩展

在数据量大的情况下，数据层级(缓存、数据库)相关的数据扩展，将原本存储在服务器(缓存、数据库)上的数据拆分到不同的服务器上，以实现扩展系统性能的目的。

以普通模式水平拆分层这么少的互联网数据到数据库为例：

根据水平拆分的范围

(1)简单的规则，服务只能确定哪个uid路由到相应范围的存储服务;

(2) 数据平衡更好;

(3)比较容易扩展，可以添加一个现成的uid[2kw,3kw]数据服务;

不足的是：

(1)请求不一定负载均衡，一般来说，新注册用户比老用户更活跃，服务请求压力范围大;

按照hash横向拆分

(1)简单的规则，service只需要hash就可以路由到uid对应的存储服务;

(2) 良好的余额数据;

(3) 良好的均匀性要求;

不足：

(1)不易扩展，扩展一个数据服务，hash方法改变，可能需要数据迁移;

需要说明的是，通过横向分辨率扩展系统性能，与主从同步扩展分离读写数据库性能是根本不同的方式。

通过水平拆分数据库性能扩展：

(1)每台服务器上存储的数据量是总量的1/n，也会提升单机的性能;

(2)n个服务器上的数据没有交集，服务器和数据集是完整的数据集;

(3)将数据级别拆分成n台服务器，理论上扩展n倍的读取性能，写入性能也扩展n倍(其实远不止n倍，因为单机数据量是原来的1/ n);

通过分散主库从单独的读取和写入性能同步：

数据量(1)存储在每个服务器上，并且数量相同;

(2) n台服务器上的数据相同，都是完整的作品;

(3)读性能理论上扩大了n倍，依然是单点写，写性能不变;

5.总结

高并发(high concurrency)是互联网分布式系统架构设计必须考虑的因素之一，一般是指通过设计保证系统可以并行处理很多请求。

提高系统并发的方式，主要有两种方法：垂直扩展(Scale Up)和水平扩展(Scale Out)。前者单机垂直扩展可以提升硬件性能，或者单机框架提升性能，提高并发，但是单机总有性能限制，互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是后者: 横向扩展。

互联网分层架构，各个层次的实践都有不同层次的扩展：

(1)反向代理层可以通过“DNS轮询”的方式横向扩展;

(2) 站点级别可以通过 nginx 横向扩展;

(3) 服务层可以横向由服务连接池组成;

(4)可以按照数据库数据范围，或者数据hash方式横向扩展;

每一层的横向扩展体现，通过增加服务器的数量可以方式提高系统性能，所以理论上性能是无限的。

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