基于SSH框架的高并发与高可用网站架构的设计与开发
来源:用户上传
作者:张鹏
摘要：互联网技术的逐步成熟使得越来越多的用户进入网络，享受网络给自己生活带来的便捷。但是，用户的增多给许多商业网站提出了新的挑战。如何在大用户量访问网站时，保证网站的流畅度和稳定性，成为判断一个商业网站是否成功的显著标志。该文基于SSH框架提出了一种高并发、高可用网站架构以解决上述问题。首先利用SSH技术构建服务器端，利用集群理念，延伸服务器数量，形成服务器集群。通过Nginx技术实现多服务器间的负载均衡，减轻大访问量单一服务器上的压力，保证服务器的高可用性。同时，使用RabbitMQ消息队列的异步处理机制，对访问高峰期请求进行削峰处理，减少响应所需时间，提高网站高并发处理能力。
关键词：负载均衡;高并发;高可用;消息队列
中图分类号：TP311文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）27-0100-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
互联网技术日趋成熟带来了大量用户的网站访问需求，高并发[1]和高可用已经成为对于一个成熟的商业网站必备的要求。而以往的单服务器网站面对高并发的情形时，极易导致单位时间内服务器压力骤增，既无法及时响应用户请求，而且容易导致服务器崩溃，降低系统可用性。面对以上问题，本系统采用集群理念，延伸服務器数量，形成服务器集群[3]，保证在一台服务器宕机的情况下，仍有其他服务器可用。并且通过Nginx技术实现多服务器间的负载均衡[2]，实现网站的高可用性。同时，使用RabbitMQ消息队列[4-5]的异步处理机制，对访问高峰期请求进行削峰处理，减少响应所需时间，提高网站高并发处理能力。
2 系统分析与设计
网站整体架构如图1所示，当网站遭遇高并发时，大量的用户请求从浏览器端进入到后台服务器。此时Nginx会根据服务器权重优先级进行请求分配，实现负载均衡，减轻单服务器处理压力。为保证在高并发时，网站达到减少服务器响应时间、增强用户体验度的目标，网站架构中加入消息队列服务器，通过其异步处理功能，使得网站系统在不影响响应速度的同时，利用消息驱动机制，降低数据库压力，最终形成一个高并发、高可用的网络架构。
2.1 服务器的设计
服务器端采用SSH框架技术进行设计，如图2所示，采用SSH框架[6-8]进行服务器设计的优点在于各个框架可以发挥各自在Web应用各层上的特点，互相协同，实现“低耦合、高内聚”的软件系统设计思想。在JavaEE分层设计结构中，Hibernate框架主要负责数据持久层，进行数据库的交互处理工作;Struts框架专注于控制层工作，对用户请求响应进行控制调度;而Spring框架利用其IOC和AOP技术，贯穿于各层当中，负责整个Web项目中类的集中管理，通过IOC容器进行各类的实例化创建工作。并且借助于AOP技术[9]实现核心业务与辅助业务相分离，真正做到各模块间低耦合的设计效果。
2.2 Nginx技术与服务器集群的分析与使用
当大量的用户请求从浏览器端进入到后台服务器时，如图3所示，Nginx会根据服务器权重优先级进行请求分配，将用户请求进行分流，减轻单位时间单体服务器的请求处理压力，实现负载均衡，减轻单服务器处理压力。同时，Nginx在处理静态文件的吞吐量优于tomcat，通过Nginx的反向代理功能，实现动态资源请求与静态资源请求相分离，即诸如css、png.js等静态资源交由Nginx处理，而诸如jsp、servlet等动态资源交由tomcat处理，从而达到动静分离的效果。本网站架构充分利用集群理念，延伸服务器数量，形成服务器集群，保证在出现某一个服务器宕机的情况下，能够实现运行不断档，形成一个高可用性网站架构。
2.3 消息队列服务器的设计
当传统的网络架构中遭遇高并发的情形时，如图4所示，大量的用户请求会直接与数据库进行互动，导致数据库瞬时压力骤增，从而接受响应的时间增加，严重影响用户体验。本网站架构中使用RabbitMQ作为消息队列使用，如图5所示。消息队列的引入使得用户请求在到达消息队列服务器时立即返回，之后由消息队列的消费者进程获取刚刚的数据，异步写入数据库。因消息队列服务器在处理速度与伸缩性上均优于数据库，所以响应速度得到大幅改善。
2.4 缓存机制的设计
在大并发量的情况下，大量的数据需要进行读取操作，如果每次程序都需要向数据库直接做查询操作，则其所带来的性能开销显而易见，频繁的网络传输也会大大降低系统的整体性能。因此cache的引入对于解决高并发问题非常有效，它能让数据在本地内存中保留一个镜像，下次访问时只需从内存中直接获取，对于网站整体性能提升明显。
在hibernate框架中，一级缓存存在于Session中，属于事务级数据缓冲。一旦事务结束，一级Cache也随之失效。同时，如图6所示，本网站架构中增加第三方的数据库连接池C3PO。因为建立数据库连接时会消耗一定时间，所以采用数据库连接池技术预先建立多条数据库连接，并在将来持续使用，从而节约掉建立数据库连所需时间，C3PO的引入对于高并发随机访问数据库时的效率提升有很大帮助。
3 实验
测试部分中，本文将上述所设计集群服务器架构与传统的单体服务器架构相对比。通过JMeter发起海量并发数据请求，对两种不同的架构进行压力测试，验证其是否满足高并发与高可用网络架构要求。表1展示了数据访问性测试用例内容。
为了保证数据访问测试的可信度，本文分别从4个维度，对比两种不同类型架构数据访问所需耗时。表2展示了在4种不同性能指标下，两种不同类型架构的性能数据。
如图7所示，通过对比测试，本文网站架构在TP90、TP95、TP99各维度中均大幅度优于传统架构，网络请求耗时相比之前更少、响应速度更快、用户体验流畅度更优。满足一个高并发与高可用网站架构要求。
4 总结
本文是基于SSH框架提出了一种高并发、高可用网站架构。主要是在面临海量用户请求业务场景时，可以保证服务器快速响应、运行平稳，无差错。本文在SSH构建服务器的基础上形成集群，并辅之以Nginx高性能技术、RabbitMQ消息队列和缓存机制等。经过压力测试，网络请求耗时显著减少，证明了本文所述框架的有效性。
参考文献：
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[5]陈思媛，易国洪，金旺.智能停车系统中消息中间件的设计与实现[J].武汉工程大学学报，2020，42（2）：224-230.
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[9]唐念刚，张勇.AOP技术在Web系统日志和事物管理中的应用[J].电子设计工程，2017，25（16）：42-45.
【通联编辑：闻翔军】
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