2000qps算高并发吗,qps多少才算高并发

面试官之问:知道你的接口“QPS”是多少吗? 怎么办

QPS是什么

我们先回忆一下，QPS的概念如下所示:

QPS（Query Per Second）：每秒请求数，就是说服务器在一秒的时间内处理了多少个请求。

那我们怎么估出每秒钟能处理多少请求呢？

OK，用日志来估计！那日志怎么记录呢

此时，你访问一次/home/index地址，会有下面这样日志

那么，你就可以根据日志中，该记录的出现次数，统计index接口的QPS。

假设，你这会日志已经拿到手了，名字为xxx.log。

假设日志内容如下

这个时候，你执行一串命令长下面这样的，进行统计就行！

出来等结果就是

然后你就知道，原来在20:40:44 分。。这个接口的QPS最高，达到了惊人的2QPS！

现在，来讲一下命令什么意思！

那么，如果是其他日志格式，无外乎 ”cut语句“的处理不同而已，道理类似！此法可以估算出单机的某接口的 “QPS” 是多少！

估算

我们现在估计出了单机的QPS。接下来，估算集群的QPS。

这就要根据负载均衡的策略来估计！

比如，你部署了32台机器，负载均衡的策略恰巧为轮询，那集群的QPS就是单机的QPS乘32就好了。

所以，根据具体的策略，来估计整个集群的QPS多大！

多嘴一句，一般2000QPS够了！

qps达到1000是什么水平

QPS达到1000已经可以满足大多数中型公司，几百万用户数的需求。一般来说，QPS只要能够达到500的，就可以被认为是高并发了。

QPS：Queries Per Second意思是“每秒查询率”，是一台服务器每秒能够相应的查询次数，是对一个特定的查询服务器在规定时间内所处理流量多少的衡量标准。互联网中，作为域名系统服务器的机器的性能经常用每秒查询率来衡量。

与QPS相对的是TPS，即TransactionsPerSecond的缩写，就是事务数/秒。它是软件测试结果的测量单位。一个事务是指一个客户机向服务器发送请求然后服务器做出反应的过程。客户机在发送请求时开始计时，收到服务器响应后结束计时，以此来计算使用的时间和完成的事务个数。

QPS基本类似于TPS，但是不同的是，对于一个页面的一次访问，形成一个TPS；但一次页面请求，可能产生多次对服务器的请求，服务器对这些请求，就可计入“QPS”之中。如，访问一个页面会请求服务器2次，一次访问，产生一个“T”，产生2个“Q”。

京东面试官：Redis 这些我必问

缓存好处：高性能 + 高并发

数据库查询耗费了800ms，其他用户对同一个数据再次查询 ，假设该数据在10分钟以内没有变化过，并且 10 分钟之内有 1000 个用户 都查询了同一数据，10 分钟之内，那 1000 每个用户，每个人查询这个数据都感觉很慢 800ms

比如 ：某个商品信息，在 一天之内都不会改变，但是这个商品每次查询一次都要耗费2s，一天之内被浏览 100W次

mysql 单机也就 2000qps,缓存单机轻松几万几十万qps,单机 承载并发量是 mysql 单机的几十倍。

在中午高峰期，有 100W 个用户访问系统 A，每秒有 4000 个请求去查询数据库，数据库承载每秒 4000 个请求会宕机，加上缓存后，可以 3000 个请求走缓存 ，1000 个请求走数据库。

缓存是走内存的，内存天然可以支撑4w/s的请求，数据库（基于磁盘）一般建议并发请求不要超过 2000/s

redis 单线程 ，memcached 多线程

redis 是单线程 nio 异步线程模型

一个线程+一个队列

redis 基于 reactor 模式开发了网络事件处理器，这个处理器叫做文件事件处理器，file event handler，这个文件事件处理器是单线程的，所以redis 是单线程的模型，采用 io多路复用机制同时监听多个 socket,根据socket上的事件来选择对应的事件处理器来处理这个事件。

文件事件处理器包含：多个 socket,io多路复用程序，文件事件分派器，事件处理器（命令请求处理器、命令恢复处理器、连接应答处理器）

文件事件处理器是单线程的，通过 io 多路复用机制监听多个 socket，实现高性能和线程模型简单性

被监听的 socket 准备好执行 accept,read,write,close等操作的时候，会产生对应的文件事件，调用之前关联好的时间处理器处理

多个 socket并发操作，产生不同的文件事件，i/o多路复用会监听多个socket，将这些 socket放入一个队列中排队。事件分派器从队列中取出socket给对应事件处理器。

一个socket时间处理完后，事件分派器才能从队列中拿到下一个socket，给对应事件处理器来处理。

文件事件：

AE_READABLE 对应 socket变得可读（客户端对redis执行 write操作）

AE_WRITABLE 对应 socket 变得可写（客户端对 redis执行 read操作）

I/O 多路复用可以同时监听AE_REABLE和 AE_WRITABLE ，如果同时达到则优先处理 AE_REABLE 时间

文件事件处理器：

连接应答处理器 对应 客户端要连接 redis

命令请求处理器 对应 客户端写数据到 redis

命令回复处理器 对应 客户端从 redis 读数据

流程：

一秒钟可以处理几万个请求

普通的 set,get kv缓存

类型 map结构，比如一个对象（没有嵌套对象）缓存到 redis里面，然后读写缓存的时候，可以直接操作hash的字段（比如把 age 改成 21，其他的不变）

key=150

value = {

}

有序列表 ，元素可以重复

可以通过 list 存储一些列表型数据结构，类似粉丝列表，文章评论列表。

例如：微信大 V的粉丝，可以以 list 的格式放在 redis 里去缓存

key=某大 V value=[zhangsan,lisi,wangwu]

比如 lrange 可以从某个元素开始读取多少个元素，可以基于 list 实现分页查询功能，基于 redis实现高性能分页，类似微博下来不断分页东西。

可以搞个简单的消息队列，从 list头怼进去（lpush），list尾巴出来 (brpop)

无序集合，自动去重

需要对一些数据快速全局去重，（当然也可以基于 HashSet，但是单机）

基于 set 玩差集、并集、交集的操作。比如：2 个人的粉丝列表整一个交集，看看 2 个人的共同好友是谁？

把 2 个大 V 的粉丝都放在 2 个 set中，对 2 个 set做交集（sinter）

排序的 set，去重但是可以排序，写进去的时候给一个分数，自动根据分数排序

排行榜：

zadd board score username

例如：

zadd board 85 zhangsan

zadd board 72 wangwu

zadd board 96 lis

zadd board 62 zhaoliu

自动排序为：

96 lisi

85 zhangsan

72 wangwu

62 zhaoliu

获取排名前 3 的用户 ： zrevrange board 0 3

96 lisi

85 zhangsan

72 wangwu

查看zhaoliu的排行 ：zrank board zhaoliu 返回 4

内存是宝贵的，磁盘是廉价的

给key设置过期时间后，redis对这批key是定期删除+惰性删除

定期删除：

redis 默认每隔 100ms随机抽取一些设置了过期时间的 key，检查其是否过期了，如果过期就删除。

注意：redis是每隔100ms随机抽取一些 key来检查和删除，而不是遍历所有的设置过期时间的key（否则CPU 负载会很高，消耗在检查过期 key 上）

惰性删除：

获取某个key的时候， redis 会检查一下，这个key如果设置了过期时间那么是否过期，如果过期了则删除。

如果定期删除漏掉了许多过期key，然后你也没及时去查，也没走惰性删除，如果大量过期的key堆积在内存里，导致 redis 内存块耗尽，则走内存淘汰机制。

内存淘汰策略：

LRU 算法：

缓存架构（多级缓存架构、热点缓存）

redis 高并发瓶颈在单机，读写分离，一般是支撑读高并发，写请求少，也就 一秒一两千，大量请求读，一秒钟二十万次。

一主多从，主负责写，将数据同步复制到其他 slave节点，从节点负责读，所有读的请求全部走从节点。主要是解决读高并发。、

主从架构-读写分离-支撑10W+读QPS架构

master-slave 复制，是异步的

核心机制：

master持久化对主从架构的意义：

如果开启了主从架构，一定要开启 master node的持久化，不然 master宕机重启数据是空的，一经复制，slave的数据也丢了

主从复制原理：

第一次启动或者断开重连情况：

正常情况下：

master 来一条数据，就异步给 slave

全年 99.99%的时间，都是出于可用的状态，那么就可以称为高可用性

redis 高可用架构叫故障转移，failover，也可以叫做主备切换，切换的时间不可用，但是整体高可用。

sentinal node(哨兵)

作用：

quorum = 1 （代表哨兵最低个数可以尝试故障转移，选举执行的哨兵）

master 宕机，只有 S2 存活，因为 quorum =1 可以尝试故障转移，但是没达到 majority =2 （最低允许执行故障转移的哨兵存活数）的标准，无法执行故障转移

如果 M1 宕机了，S2,S3 认为 master宕机，选举一个执行故障转移，因为 3 个哨兵的 majority = 2，所以可以执行故障转移

丢数据：

解决方案：

sdown 主观宕机，哨兵觉得一个 master 宕机（ping 超过了 is-master-down-after-milliseconds毫秒数）

odown 客观宕机，quorum数量的哨兵都觉得 master宕机

哨兵互相感知通过 redis的 pub/sub系统，每隔 2 秒往同一个 channel里发消息（自己的 host,ip,runid），其他哨兵可以消费这个消息

以及同步交换master的监控信息。

哨兵确保其他slave修改master信息为新选举的master

当一个 master被认为 odown marjority哨兵都同意，那么某个哨兵会执行主备切换，选举一个slave成为master（考虑 1. 跟master断开连接的时长 2. slave 优先级 3.复制 offset 4. runid）

选举算法：

quorum 数量哨兵认为odown-选举一个哨兵切换-获得 majority哨兵的授权（quorum majority 需要 majority个哨兵授权，quorum = majority 需要 quorum 哨兵授权）

第一个选举出来的哨兵切换失败了，其他哨兵等待 failover-time之后，重新拿confiuration epoch做为新的version 切换，保证拿到最新配置，用于 configuration传播（通过 pu/sub消息机制，其他哨兵对比 version 新旧更新 master配置）

高并发：主从架构

高容量：Redis集群，支持每秒几十万的读写并发

高可用：主从+哨兵

持久化的意义在于故障恢复数据备份（到其他服务器）+故障恢复（遇到灾难，机房断电，电缆被切）

AOF 只有一个，Redis 中的数据是有一定限量的，内存大小是一定的,AOF 是存放写命令的，当大到一定的时候，AOF 做 rewrite 操作，就会基于当时 redis 内存中的数据，来重新构造一个更小的 AOF 文件，然后将旧的膨胀很大的文件给删掉，AOF 文件一直会被限制在和Redis内存中一样的数据。AOF同步间隔比 RDB 小，数据更完整

优点：

缺点：

AOF 存放的指令日志，数据恢复的时候，需要回放执行所有指令日志，RDB 就是一份数据文件，直接加载到内存中。

优点：

缺点：

AOF 来保证数据不丢失，RDB 做不同时间的冷备

支持 N 个 Redis master node,每个 master node挂载多个 slave node

多master + 读写分离 + 高可用

数据量很少，高并发 - replication + sentinal 集群

海量数据 + 高并发 + 高可用 - redis cluster

hash算法-一致性 hash 算法- redis cluster-hash slot算法

redis cluster :自动对数据进行分片，每个 master 上放一部分数据，提供内置的高可用支持，部分master不可用时，还是可以继续工作

cluster bus 通过 16379进行通信，故障检测，配置更新，故障转移授权，另外一种二进制协议，主要用于节点间进行高效数据交换，占用更少的网络带宽和处理时间

key进行hash，然后对节点数量取模，最大问题只有任意一个 master 宕机，大量数据就要根据新的节点数取模，会导致大量缓存失效。

key进行hash，对应圆环上一个点，顺时针寻找距离最近的一个点。保证任何一个 master 宕机，只受 master 宕机那台影响，其他节点不受影响，此时会瞬间去查数据库。

缓存热点问题：

可能集中在某个 hash区间内的值特别多，那么会导致大量的数据都涌入同一个 master 内，造成 master的热点问题，性能出现瓶颈。

解决方法：

给每个 master 都做了均匀分布的虚拟节点，这样每个区间内大量数据都会均匀的分布到不同节点内，而不是顺时针全部涌入到同一个节点中。

redis cluster 有固定 16384 个 hash slot,对每个key计算 CRC16 值，然后对16384取模，可以获取 key对应的 hash slot

redis cluster 中每个 master 都会持有部分 slot ,当一台 master 宕机时候，会最快速度迁移 hash slot到可用的机器上（只会短暂的访问不到）

走同一个 hash slot 通过 hash tag实现

集群元数据：包括 hashslot-node之间的映射表关系，master-slave之间的关系，故障的信息

集群元数据集中式存储（storm），底层基于zookeeper（分布式协调中间件）集群所有元数据的维护。好处：元数据的更新和读取，时效性好，一旦变更，其他节点立刻可以感知。缺点：所有元数据的更新压力全部集中在一个地方，可能会导致元数据的存储有压力。

goosip: 好处：元数据的更新比较分散，有一定的延时，降低了压力。缺点：更新有延时，集群的一些操作会滞后。（reshared操作时configuration error）

自己提供服务的端口号+ 10000 ，每隔一段时间就会往另外几个节点发送ping消息，同时其他几点接收到ping之后返回pong

故障信息，节点的增加和移除， hash slot 信息

meet:某个节点发送 meet给新加入的节点，让新节点加入集群中，然后新节点就会开始于其他节点进行通信

ping:每个节点都会频繁给其他节点发送ping，其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据，互相通过ping交换元数据

ping:返回ping和meet，包含自己的状态和其他信息

fail:某个节点判断另一个节点fail之后，就发送 fail 给其他节点，通知其他节点，指定的节点宕机了

ping 很频繁，且携带元数据，会加重网络负担

每个节点每秒会执行 10 次 ping，每次选择 5 个最久没有通信的其他节点

当如果发现某个节点通信延迟达到了 cluster_node_timeout /2 ，那么立即发送 ping， 避免数据交换延迟过长，落后时间太长（2 个节点之间 10 分钟没有交换数据，整个集群处于严重的元数据不一致的情况）。

每次ping，一个是带上自己的节点信息，还有就是带上1/10其他节点的信息，发送出去，进行数据交换

至少包含 3 个其他节点信息，最多包含总节点-2 个其他节点的信息

客户端发送到任意一个redis实例发送命令，每个redis实例接受到命令后，都会计算key对应的hash slot，如果在本地就本地处理，否则返回moved给客户端，让客户端进行重定向 （redis-cli -c）

通过tag指定key对应的slot,同一个 tag 下的 key，都会在一个 hash slot中，比如 set key1:{100} 和 set key2:{100}

本地维护一份hashslot-node的映射表。

JedisCluster 初始化的时候，随机选择一个 node，初始化 hashslot-node 映射表，同时为每个节点创建一个JedisPool连接池，每次基于JedisCluster执行操作，首先JedisCluster都会在本地计算key的hashslot，然后再本地映射表中找到对应的节点，如果发现对应的节点返回moved，那么利用该节点的元数据，更新 hashslot-node映射表（重试超过 5 次报错）

hash slot正在迁移，那么会返回ask 重定向给jedis,jedis 接受到ask重定向之后，，会重定向到目标节点去执行

判断节点宕机：

如果一个节点认为另外一个节点宕机了， 就是pfail,主观宕机

如果多个节点都认为另外一个节点宕机了，那么就是fail，客观宕机（跟哨兵原理一样）

在cluster-node-timeout内，某个节点一直没有返回 pong,那么就被认为是 pfail

如果一个节点认为某个节点pfail了，那么会在gossip消息中，ping给其他节点，如果超过半数的节点认为pfail了，那么就会变成fail。

从节点过滤：

对宕机的 mster node ，从其所有的 slave node中，选择一个切换成 master node

检查每个 slave node与master node断开连接的时间，如果超过了cluster-node-timeout * cluster-slave-validity-factor，那么就没资格切换成 master（和哨兵一致）

从节点选举：

每个从节点，根据自己对 master 复制数据的 offset，设置一个选举时间，offset越大（复制数据越多）的从节点，选举时间越靠前，所有的 master node 开始投票，给要进行选举的 slave进行投票，如果大部分 master node(N/2 +1) 都投票给某个从节点，那么选举通过，从节点执行主备切换，从节点切换成主节点

总结：和哨兵很像，直接集成了 replication 和 sentinal

方案：

事前：保证 redis 集群高可用性 （主从+哨兵或 redis cluster），避免全盘崩溃

事中：本地 ehcache 缓存 + hystrix 限流（保护数据库） 降级，避免 MySQL被打死

事后： redis持久化，快速恢复缓存数据，继续分流高并发请求

限制组件每秒就 2000 个请求通过限流组件进入数据库，剩余的 3000 个请求走降级，返回一些默认 的值，或者友情提示

好处 ：

4000 个请求黑客攻击请求数据库里没有的数据

解决方案：把黑客查数据库中不存在的数据的值，写到缓存中，比如： set -999 UNKNOWN

读的时候，先读缓存，缓存没有，就读数据库，然后取出数据后放入缓存，同时返回响应

更新的时候，删除缓存，更新数据库

为什么不更新缓存：

更新缓存代价太高（更新 20 次，只读 1 次），lazy思想，需要的时候再计算，不需要的时候不计算

方案：先删除缓存，再修改数据库

方案：写，读路由到相同的一个内存队列（唯一标识，hash，取模）里，更新和读操作进行串行化（后台线程异步执行队列串行化操作），（队列里只放一个更新查询操作即可，多余的过滤掉，内存队列里没有该数据更新操作，直接返回 ）有该数据更新操作则轮询取缓存值，超时取不到缓存值，直接取一次数据库的旧值

TP 99 意思是99%的请求可以在200ms内返回

注意点：多个商品的更新操作都积压在一个队列里面（太多操作积压只能增加机器），导致读请求发生大量的超时，导致大量的读请求走数据库

一秒 500 写操作，每200ms，100 个写操作，20 个内存队列，每个队列积压 5 个写操作，一般在20ms完成

方案：分布式锁 + 时间戳比较

10台机器，5 主 5 从，每个节点QPS 5W ，一共 25W QPS（Redis cluster 32G + 8 核 ，Redis 进程不超过 10G）总内存 50g，每条数据10kb，10W 条数据1g，200W 条数据 20G，占用总内存不到50%，目前高峰期 3500 QPS

作者： mousycoder

php 高并发解决思路解决方案

php 高并发解决思路解决方案，如何应对网站大流量高并发情况。本文为大家总结了常用的处理方式，但不是细节，后续一系列细节教程给出。希望大家喜欢。

一 高并发的概念

在互联网时代，并发，高并发通常是指并发访问。也就是在某个时间点，有多少个访问同时到来。

二 高并发架构相关概念

1、QPS (每秒查询率) : 每秒钟请求或者查询的数量，在互联网领域，指每秒响应请求数(指 HTTP 请求)

2、PV（Page View）：综合浏览量，即页面浏览量或者点击量，一个访客在 24 小时内访问的页面数量

--注：同一个人浏览你的网站的同一页面，只记做一次 pv

3、吞吐量（fetches/sec） ：单位时间内处理的请求数量 （通常由 QPS 和并发数决定）

4、响应时间：从请求发出到收到响应花费的时间

5、独立访客（UV）：一定时间范围内，相同访客多次访问网站，只计算为 1 个独立访客

6、带宽：计算带宽需关注两个指标，峰值流量和页面的平均大小

7、日网站带宽： PV/统计时间（换算到秒） * 平均页面大小（kb）* 8

三 需要注意点：

1、QPS 不等于并发连接数（QPS 是每秒 HTTP 请求数量，并发连接数是系统同时处理的请求数量）

2、峰值每秒请求数（QPS）= （总 PV 数*80%）/ （六小时秒数*20%）【代表 80%的访问量都集中在 20%的时间内】

3、压力测试： 测试能承受的最大并发数 以及测试最大承受的 QPS 值

4、常用的性能测试工具【ab，wrk，httpload，Web Bench，Siege，Apache JMeter】

四 优化

1、当 QPS 小于 50 时

优化方案:为一般小型网站,不用考虑优化

2、当 QPS 达到 100 时,遇到数据查询瓶颈

优化方案: 数据库缓存层,数据库的负载均衡

3、当 QPS 达到 800 时, 遇到带宽瓶颈

优化方案:CDN 加速,负载均衡

4、当 QPS 达到 1000 时

优化方案: 做 html 静态缓存

5、当 QPS 达到 2000 时

优化方案: 做业务分离,分布式存储

五、高并发解决方案案例:

1、流量优化

防盗链处理(去除恶意请求)

2、前端优化

(1) 减少 HTTP 请求[将 css,js 等合并]

(2) 添加异步请求(先不将所有数据都展示给用户,用户触发某个事件,才会异步请求数据)

(3) 启用浏览器缓存和文件压缩

(4) CDN 加速

(5) 建立独立的图片服务器(减少 I/O)

3、服务端优化

(1) 页面静态化

(2) 并发处理

(3) 队列处理

4、数据库优化

(1) 数据库缓存

(2) 分库分表,分区

(3) 读写分离

(4) 负载均衡

5、web 服务器优化

(1) nginx 反向代理实现负载均衡

(2) lvs 实现负载均衡

一直在说的高并发，多少QPS才算高并发？

首先是无状态前端机器不足以承载请求流量，需要进行水平扩展，一般QPS是千级。 然后是关系型数据库无法承载读取或写入峰值，需要数据库横向扩展或引入nosql，一般是千到万级。 之后是单机nosql无法承载，需要nosql横向扩展，一般是十万到百万QPS。

最后是难以单纯横向扩展nosql，比如微博就引入多级缓存架构，这种架构一般可以应对百万到千万对nosql的访问QPS。 当然面向用户的接口请求一般到不了这个量级，QPS递增大多是由于读放大造成的压力，单也属于高并发架构考虑的范畴。

QPS（TPS）：每秒钟 request/事务 数量，在互联网领域，指每秒响应请求数吞吐量：单位时间内处理的请求数量（通常由QPS与并发数决定）；响应时间：系统对一个请求做出响应的平均时间。例如系统处理一个HTTP请求需要200ms，这个200ms就是系统的响应时间（我认为这里应该仅包含处理时间，网络传输时间忽略），这里一定要注意，QPS ≠ 并发数。

高并发通常是指我们提供的系统服务能够同时并行处理很多请求。并发是指，某个时刻有多少个访问同时到来。QPS是指秒钟响应的请求数量。那么这里就肯容易推算出一个公式：QPS = 并发数 / 平均响应时间

如果你发现自己高并发，一定要及时就医，寻求正规医生的帮助。

高并发，你真的理解透彻了吗？

高并发，几乎是每个程序员都想拥有的经验。原因很简单：随着流量变大，会遇到各种各样的技术问题，比如接口响应超时、CPU load升高、GC频繁、死锁、大数据量存储等等，这些问题能推动我们在技术深度上不断精进。

在过往的面试中，如果候选人做过高并发的项目，我通常会让对方谈谈对于高并发的理解，但是能系统性地回答好此问题的人并不多。

大概分成这样几类：

1、对数据化的指标没有概念 ：不清楚选择什么样的指标来衡量高并发系统？分不清并发量和QPS，甚至不知道自己系统的总用户量、活跃用户量，平峰和高峰时的QPS和TPS等关键数据。

3、理解片面，把高并发设计等同于性能优化 ：大谈并发编程、多级缓存、异步化、水平扩容，却忽视高可用设计、服务治理和运维保障。

4、掌握大方案，却忽视最基本的东西 ：能讲清楚垂直分层、水平分区、缓存等大思路，却没意识去分析数据结构是否合理，算法是否高效，没想过从最根本的IO和计算两个维度去做细节优化。

这篇文章，我想结合自己的高并发项目经验，系统性地总结下高并发需要掌握的知识和实践思路，希望对你有所帮助。内容分成以下3个部分：

高并发意味着大流量，需要运用技术手段抵抗流量的冲击，这些手段好比操作流量，能让流量更平稳地被系统所处理，带给用户更好的体验。

我们常见的高并发场景有：淘宝的双11、春运时的抢票、微博大V的热点新闻等。除了这些典型事情，每秒几十万请求的秒杀系统、每天千万级的订单系统、每天亿级日活的信息流系统等，都可以归为高并发。

很显然，上面谈到的高并发场景，并发量各不相同， 那到底多大并发才算高并发呢？

1、不能只看数字，要看具体的业务场景。不能说10W QPS的秒杀是高并发，而1W QPS的信息流就不是高并发。信息流场景涉及复杂的推荐模型和各种人工策略，它的业务逻辑可能比秒杀场景复杂10倍不止。因此，不在同一个维度，没有任何比较意义。

2、业务都是从0到1做起来的，并发量和QPS只是参考指标，最重要的是：在业务量逐渐变成原来的10倍、100倍的过程中，你是否用到了高并发的处理方法去演进你的系统，从架构设计、编码实现、甚至产品方案等维度去预防和解决高并发引起的问题？而不是一味的升级硬件、加机器做水平扩展。

此外，各个高并发场景的业务特点完全不同：有读多写少的信息流场景、有读多写多的交易场景， 那是否有通用的技术方案解决不同场景的高并发问题呢？

我觉得大的思路可以借鉴，别人的方案也可以参考，但是真正落地过程中，细节上还会有无数的坑。另外，由于软硬件环境、技术栈、以及产品逻辑都没法做到完全一致，这些都会导致同样的业务场景，就算用相同的技术方案也会面临不同的问题，这些坑还得一个个趟。

因此，这篇文章我会将重点放在基础知识、通用思路、和我曾经实践过的有效经验上，希望让你对高并发有更深的理解。

先搞清楚高并发系统设计的目标，在此基础上再讨论设计方案和实践经验才有意义和针对性。

高并发绝不意味着只追求高性能，这是很多人片面的理解。从宏观角度看，高并发系统设计的目标有三个：高性能、高可用，以及高可扩展。

1、高性能：性能体现了系统的并行处理能力，在有限的硬件投入下，提高性能意味着节省成本。同时，性能也反映了用户体验，响应时间分别是100毫秒和1秒，给用户的感受是完全不同的。

2、高可用：表示系统可以正常服务的时间。一个全年不停机、无故障；另一个隔三差五出线上事故、宕机，用户肯定选择前者。另外，如果系统只能做到90%可用，也会大大拖累业务。

3、高扩展：表示系统的扩展能力，流量高峰时能否在短时间内完成扩容，更平稳地承接峰值流量，比如双11活动、明星离婚等热点事件。

这3个目标是需要通盘考虑的，因为它们互相关联、甚至也会相互影响。

比如说：考虑系统的扩展能力，你会将服务设计成无状态的，这种集群设计保证了高扩展性，其实也间接提升了系统的性能和可用性。

再比如说：为了保证可用性，通常会对服务接口进行超时设置，以防大量线程阻塞在慢请求上造成系统雪崩，那超时时间设置成多少合理呢？一般，我们会参考依赖服务的性能表现进行设置。

再从微观角度来看，高性能、高可用和高扩展又有哪些具体的指标来衡量？为什么会选择这些指标呢？

2.2.1 性能指标

通过性能指标可以度量目前存在的性能问题，同时作为性能优化的评估依据。一般来说，会采用一段时间内的接口响应时间作为指标。

1、平均响应时间：最常用，但是缺陷很明显，对于慢请求不敏感。比如1万次请求，其中9900次是1ms，100次是100ms，则平均响应时间为1.99ms，虽然平均耗时仅增加了0.99ms，但是1%请求的响应时间已经增加了100倍。

2、TP90、TP99等分位值：将响应时间按照从小到大排序，TP90表示排在第90分位的响应时间， 分位值越大，对慢请求越敏感。

3、吞吐量：和响应时间呈反比，比如响应时间是1ms，则吞吐量为每秒1000次。

通常，设定性能目标时会兼顾吞吐量和响应时间，比如这样表述：在每秒1万次请求下，AVG控制在50ms以下，TP99控制在100ms以下。对于高并发系统，AVG和TP分位值必须同时要考虑。

另外，从用户体验角度来看，200毫秒被认为是第一个分界点，用户感觉不到延迟，1秒是第二个分界点，用户能感受到延迟，但是可以接受。

因此，对于一个 健康 的高并发系统，TP99应该控制在200毫秒以内，TP999或者TP9999应该控制在1秒以内。

2.2.2 可用性指标

高可用性是指系统具有较高的无故障运行能力，可用性 = 正常运行时间 / 系统总运行时间，一般使用几个9来描述系统的可用性。

对于高并发系统来说，最基本的要求是：保证3个9或者4个9。原因很简单，如果你只能做到2个9，意味着有1%的故障时间，像一些大公司每年动辄千亿以上的GMV或者收入，1%就是10亿级别的业务影响。

2.2.3 可扩展性指标

面对突发流量，不可能临时改造架构，最快的方式就是增加机器来线性提高系统的处理能力。

对于业务集群或者基础组件来说，扩展性 = 性能提升比例 / 机器增加比例，理想的扩展能力是：资源增加几倍，性能提升几倍。通常来说，扩展能力要维持在70%以上。

但是从高并发系统的整体架构角度来看，扩展的目标不仅仅是把服务设计成无状态就行了，因为当流量增加10倍，业务服务可以快速扩容10倍，但是数据库可能就成为了新的瓶颈。

像MySQL这种有状态的存储服务通常是扩展的技术难点，如果架构上没提前做好规划（垂直和水平拆分），就会涉及到大量数据的迁移。

因此，高扩展性需要考虑：服务集群、数据库、缓存和消息队列等中间件、负载均衡、带宽、依赖的第三方等，当并发达到某一个量级后，上述每个因素都可能成为扩展的瓶颈点。

了解了高并发设计的3大目标后，再系统性总结下高并发的设计方案，会从以下两部分展开：先总结下通用的设计方法，然后再围绕高性能、高可用、高扩展分别给出具体的实践方案。

通用的设计方法主要是从「纵向」和「横向」两个维度出发，俗称高并发处理的两板斧：纵向扩展和横向扩展。

3.1.1 纵向扩展（scale-up）

它的目标是提升单机的处理能力，方案又包括：

1、提升单机的硬件性能：通过增加内存、 CPU核数、存储容量、或者将磁盘 升级成SSD 等堆硬件的方式来提升。

2、提升单机的软件性能：使用缓存减少IO次数，使用并发或者异步的方式增加吞吐量。

3.1.2 横向扩展（scale-out）

因为单机性能总会存在极限，所以最终还需要引入横向扩展，通过集群部署以进一步提高并发处理能力，又包括以下2个方向：

1、做好分层架构：这是横向扩展的提前，因为高并发系统往往业务复杂，通过分层处理可以简化复杂问题，更容易做到横向扩展。

上面这种图是互联网最常见的分层架构，当然真实的高并发系统架构会在此基础上进一步完善。比如会做动静分离并引入CDN，反向代理层可以是LVS+Nginx，Web层可以是统一的API网关，业务服务层可进一步按垂直业务做微服务化，存储层可以是各种异构数据库。

2、各层进行水平扩展：无状态水平扩容，有状态做分片路由。业务集群通常能设计成无状态的，而数据库和缓存往往是有状态的，因此需要设计分区键做好存储分片，当然也可以通过主从同步、读写分离的方案提升读性能。

下面再结合我的个人经验，针对高性能、高可用、高扩展3个方面，总结下可落地的实践方案。

3.2.1 高性能的实践方案

1、集群部署，通过负载均衡减轻单机压力。

2、多级缓存，包括静态数据使用CDN、本地缓存、分布式缓存等，以及对缓存场景中的热点key、缓存穿透、缓存并发、数据一致性等问题的处理。

3、分库分表和索引优化，以及借助搜索引擎解决复杂查询问题。

4、考虑NoSQL数据库的使用，比如HBase、TiDB等，但是团队必须熟悉这些组件，且有较强的运维能力。

5、异步化，将次要流程通过多线程、MQ、甚至延时任务进行异步处理。

6、限流，需要先考虑业务是否允许限流（比如秒杀场景是允许的），包括前端限流、Nginx接入层的限流、服务端的限流。

7、对流量进行 削峰填谷 ，通过 MQ承接流量。

8、并发处理，通过多线程将串行逻辑并行化。

9、预计算，比如抢红包场景，可以提前计算好红包金额缓存起来，发红包时直接使用即可。

10、 缓存预热 ，通过异步 任务 提前 预热数据到本地缓存或者分布式缓存中。

11、减少IO次数，比如数据库和缓存的批量读写、RPC的批量接口支持、或者通过冗余数据的方式干掉RPC调用。

12、减少IO时的数据包大小，包括采用轻量级的通信协议、合适的数据结构、去掉接口中的多余字段、减少缓存key的大小、压缩缓存value等。

13、程序逻辑优化，比如将大概率阻断执行流程的判断逻辑前置、For循环的计算逻辑优化，或者采用更高效的算法。

14、各种池化技术的使用和池大小的设置，包括HTTP请求池、线程池（考虑CPU密集型还是IO密集型设置核心参数）、数据库和Redis连接池等。

15、JVM优化，包括新生代和老年代的大小、GC算法的选择等，尽可能减少GC频率和耗时。

16、锁选择，读多写少的场景用乐观锁，或者考虑通过分段锁的方式减少锁冲突。

上述方案无外乎从计算和 IO 两个维度考虑所有可能的优化点，需要有配套的监控系统实时了解当前的性能表现，并支撑你进行性能瓶颈分析，然后再遵循二八原则，抓主要矛盾进行优化。

3.2.2 高可用的实践方案

1、对等节点的故障转移，Nginx和服务治理框架均支持一个节点失败后访问另一个节点。

2、非对等节点的故障转移，通过心跳检测并实施主备切换（比如redis的哨兵模式或者集群模式、MySQL的主从切换等）。

3、接口层面的超时设置、重试策略和幂等设计。

4、降级处理：保证核心服务，牺牲非核心服务，必要时进行熔断；或者核心链路出问题时，有备选链路。

5、限流处理：对超过系统处理能力的请求直接拒绝或者返回错误码。

6、MQ场景的消息可靠性保证，包括producer端的重试机制、broker侧的持久化、consumer端的ack机制等。

7、灰度发布，能支持按机器维度进行小流量部署，观察系统日志和业务指标，等运行平稳后再推全量。

8、监控报警：全方位的监控体系，包括最基础的CPU、内存、磁盘、网络的监控，以及Web服务器、JVM、数据库、各类中间件的监控和业务指标的监控。

9、灾备演练：类似当前的“混沌工程”，对系统进行一些破坏性手段，观察局部故障是否会引起可用性问题。

高可用的方案主要从冗余、取舍、系统运维3个方向考虑，同时需要有配套的值班机制和故障处理流程，当出现线上问题时，可及时跟进处理。

3.2.3 高扩展的实践方案

1、合理的分层架构：比如上面谈到的互联网最常见的分层架构，另外还能进一步按照数据访问层、业务逻辑层对微服务做更细粒度的分层（但是需要评估性能，会存在网络多一跳的情况）。

2、存储层的拆分：按照业务维度做垂直拆分、按照数据特征维度进一步做水平拆分（分库分表）。

3、业务层的拆分：最常见的是按照业务维度拆（比如电商场景的商品服务、订单服务等），也可以按照核心接口和非核心接口拆，还可以按照请求源拆（比如To C和To B，APP和H5 ）。

高并发确实是一个复杂且系统性的问题，由于篇幅有限，诸如分布式Trace、全链路压测、柔性事务都是要考虑的技术点。另外，如果业务场景不同，高并发的落地方案也会存在差异，但是总体的设计思路和可借鉴的方案基本类似。

高并发设计同样要秉承架构设计的3个原则：简单、合适和演进。"过早的优化是万恶之源"，不能脱离业务的实际情况，更不要过度设计，合适的方案就是最完美的。

作者简介：985硕士，前亚马逊工程师，现大厂技术管理者。