1. 什么是高可用架构
高可用架构是指在系统设计中考虑到了可用性问题，并通过一系列的技术手段来实现系统的高可用性。一个高可用架构需要能够在硬件或者软件故障的情况下，保证系统的可用性和稳定性。
2. 高可用架构的设计原则
为了实现高可用架构，需要遵循以下原则：
2.1 负载均衡
负载均衡是指将请求均衡地分发到多个服务器上，从而达到均衡负载的目的。负载均衡可以通过软件或者硬件来实现。常用的负载均衡算法有轮询算法、随机算法、最少连接算法等。
2.1.1 Nginx实现负载均衡
Nginx是一个轻量级的Web服务器，也可以用来作为负载均衡器。以下是使用Nginx实现负载均衡的示例配置文件：
http {
upstream myapp1 {
server server1.example.com;
server server2.example.com;
server server3.example.com;
}
server {
listen 80;
location / {
proxy_pass http://myapp1;
}
}
}
2.2 故障转移
故障转移是指在一个节点发生故障的情况下，将流量自动切换到另一个节点上，从而实现系统的高可用性。故障转移可以通过多种方式来实现，如双机热备、主备切换、主从复制等。
2.2.1 Keepalived实现故障转移
Keepalived是一个用来实现高可用性的软件，它可以监控多个节点的健康状况，并在发生故障的情况下自动进行故障转移。以下是使用Keepalived实现故障转移的示例配置文件：
global_defs {
notification_email {
[email protected]
}
notification_email_from [email protected]
smtp_server 192.168.1.1
smtp_connect_timeout 30
}
vrrp_script chk_http_port {
script "killall -0 httpd"
interval 2
weight 2
}
vrrp_instance VI_1 {
interface eth0
state MASTER
virtual_router_id 51
priority 101
authentication {
auth_type PASS
auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
192.168.1.100
}
track_script {
chk_http_port
}
}
故障转移（Failover）
故障转移是一种实现高可用性的方式，当系统中的某个组件或者节点发生故障时，系统可以通过故障转移机制自动将工作负载转移到备用节点上，保证系统的连续性和可用性。
常见的故障转移方式有两种：主备切换（Active/Passive）和共享存储（Active/Active）。
- 主备切换
主备切换是一种基本的故障转移方式。它包含一个主节点和一个备用节点。当主节点发生故障时，备用节点会自动接管主节点的工作，并且成为新的主节点。主备切换通常需要一个独立的心跳网络，用于监测主节点的健康状况。当主节点无法响应时，备用节点会立即接管主节点的工作，确保系统的高可用性。
主备切换的优点是简单易用，不需要对应用程序进行任何修改。但是主备切换有一个缺点，就是备用节点一直处于待命状态，无法参与工作负载的处理。这种方式适用于对系统的可用性要求较高的场景，但是对系统资源的利用率较低。
- 共享存储
共享存储是一种更加复杂的故障转移方式，它包含多个节点，每个节点都可以处理工作负载。所有的节点都可以访问共享存储，因此它们可以共享相同的应用程序和数据。当一个节点发生故障时，工作负载会自动转移到其他节点上。
共享存储的优点是可以充分利用系统资源，提高系统的性能和可用性。但是共享存储需要一个高速的、可靠的网络，用于保证多个节点之间的数据同步和一致性。同时，共享存储需要对应用程序进行修改，以便正确地实现故障转移。
在实际应用中，通常会将主备切换和共享存储结合起来，以达到更高的可用性和性能。例如，可以使用主备切换实现节点的故障转移，同时使用共享存储来提高系统的性能和资源利用率。
负载均衡（Load Balancing）
负载均衡是一种分布式系统的基本架构设计原则。它可以将工作负载均衡到多个节点上，以提高系统的性能和可用性。
常见的负载均衡方式有以下几种：
- 轮询（Round Robin）：轮流将请求分发到多个节点上。
- 最少连接（Least Connections）
故障转移还可以通过利用分布式锁来实现。例如，ZooKeeper是一个分布式协调服务，它可以用于实现分布式锁。以下是在使用ZooKeeper进行故障转移时可能会执行的一些步骤：
-
创建一个znode作为锁。
-
当前进程尝试获取锁。如果锁已经被另一个进程占用，则当前进程等待直到锁被释放。
-
如果进程持有锁并且需要执行某些操作，则进程应首先将znode设置为ephemeral（短暂）节点，这意味着如果进程崩溃，则znode将被删除。这有助于避免死锁。
-
如果进程崩溃或它需要释放锁，则进程必须删除znode。
以下是一个使用Apache Curator库来创建分布式锁的示例代码
String connectionString = "localhost:2181";
int sessionTimeout = 5000;
RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.newClient(connectionString, sessionTimeout, sessionTimeout, retryPolicy);
client.start();
String lockPath = "/my/lock/path";
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, lockPath);
try {
lock.acquire();
// 在这里执行需要保护的代码
}
finally {
lock.release();
}
client.close();
在上面的示例代码中，我们使用CuratorFramework创建一个ZooKeeper客户端，并使用InterProcessMutex类创建一个分布式锁。我们使用acquire()方法来尝试获取锁，如果锁不可用，则线程将阻塞直到它可用。在执行需要保护的代码之后，我们使用release()方法释放锁。最后，我们关闭ZooKeeper客户端。
以上就是使用分布式锁实现故障转移的基本步骤和示例代码。在实际应用中，需要考虑更多的细节，例如如何处理死锁和错误情况，以及如何处理不同的进程和节点之间的竞争关系。