在數(shù)學(xué)中，單元素集合是只有一個(gè)元素的集合，如{A}。在程序設(shè)計(jì)中，單例模式指的是一種設(shè)計(jì)模式，它模仿了數(shù)學(xué)概念，限制了一個(gè)類只能實(shí)例化一個(gè)對(duì)象。這種設(shè)計(jì)模式對(duì)協(xié)調(diào)資源非常有用，但程序員常為了省事而過度使用它，這個(gè)話題我們之后再討論。在系統(tǒng)架構(gòu)中，單例模式，或者更恰當(dāng)?shù)卣f是單例反模式，被稱為單點(diǎn)故障(SPOF)也就是說，當(dāng)系統(tǒng)中的某個(gè)組件只有一個(gè)實(shí)例時(shí)，一旦該實(shí)例出故障，就會(huì)造成系統(tǒng)范圍的影響。
SPOF在系統(tǒng)中隨處可見，從單個(gè)的Web服務(wù)器到單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但系統(tǒng)中最常見的SPOF是數(shù)據(jù)庫(kù)。其原因在于數(shù)據(jù)庫(kù)是最難擴(kuò)展到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的，因此它只有一個(gè)實(shí)例。在圖9-1中，即使登錄、搜索和結(jié)賬服務(wù)器都有冗余，數(shù)據(jù)庫(kù)仍是SPOF。更精的是，所有服務(wù)池都依賴于這一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然任何SPOF都不好，但數(shù)據(jù)庫(kù)SPOF的問題更大，如果數(shù)據(jù)庫(kù)速度下降或者期讀了，那么對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同步調(diào)用的所有服務(wù)池都將受到這一事件影響。
我們常說給客戶的一句口頭禪是“一切都會(huì)出故障”。這句話適用于服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心。只要你知道的，都會(huì)出故障。
雖然很多人認(rèn)為數(shù)據(jù)中心是不會(huì)出故障的，但多年來，我們自己經(jīng)歷了十幾次數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中斷。高可用的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)也是如此，雖然它們比舊的SCSI硬盤陣列可靠得多，但仍舊會(huì)出故障。
大多數(shù)解決SPOF的方法是申請(qǐng)另一臺(tái)硬件，如X軸擴(kuò)展所示的通過克隆服務(wù)，讓每種服務(wù)都有兩個(gè)或更多個(gè)實(shí)例在運(yùn)行。遺憾的是，事實(shí)并非總是如此簡(jiǎn)單。讓我們回頭再看看編寫單例模式的步驟。雖然不是所有的單例類都不允許在多臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)服務(wù)，但有些實(shí)現(xiàn)絕對(duì)會(huì)讓你免于遭受可怕的后果。較簡(jiǎn)單的情況是，如果代碼中有一個(gè)類，用于從用戶賬戶中減去基金，用單例模式實(shí)現(xiàn)它就會(huì)讓用戶的余額免于不測(cè)，如成為負(fù)數(shù)。如果把這段代碼放在兩臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器上，沒有額外的控制措施或聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則很可能會(huì)造成兩個(gè)事務(wù)同時(shí)在用戶賬戶中記人借額，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤或不想發(fā)生的狀況。對(duì)于這種情況，我們需要修復(fù)代碼，或者依賴外部控制來預(yù)防。但最令人滿滿意的解決方案是修復(fù)代碼，在多個(gè)主機(jī)上實(shí)現(xiàn)服務(wù)，通常我們需要快速修復(fù)SPOF。作為本原則的最后一個(gè)要點(diǎn)，我們接下來將討論幾個(gè)快速修復(fù)方法。
第一個(gè)方法最簡(jiǎn)單，是使用主動(dòng)/被動(dòng)配置。一個(gè)服務(wù)在一臺(tái)服務(wù)器上主動(dòng)運(yùn)行，在另外一臺(tái)服務(wù)器上被動(dòng)運(yùn)行(不接收流量)。這種熱/冷配置，常被用作刪除數(shù)據(jù)庫(kù)SPOF的第一步。接下來的方法是用系統(tǒng)中的另一個(gè)組件控制數(shù)據(jù)訪問。如果SPOF是服務(wù)，那么用數(shù)據(jù)庫(kù)鎖可以控制數(shù)據(jù)的訪問。如果SPOF是數(shù)據(jù)庫(kù)，那么可以設(shè)置主一從配置，由應(yīng)用控制數(shù)據(jù)訪問，寫更新操作由主數(shù)據(jù)庫(kù)完成，讀選擇操作由從數(shù)據(jù)庫(kù)完成。最后一個(gè)用于修復(fù)SPOF的配置是負(fù)載均衡器。如果Web服務(wù)器或應(yīng)用服務(wù)器的一個(gè)服務(wù)是SPOF，且在代碼中不能消除，那么可以利用負(fù)載均衡器把一個(gè)用戶的請(qǐng)求只發(fā)送給池中的一臺(tái)服務(wù)器。這是通過會(huì)話 cookie實(shí)現(xiàn)的，即設(shè)置用戶的瀏覽器，且允許負(fù)載均衡器每次都把該用戶的請(qǐng)求重定向到同一個(gè)Web或應(yīng)用服務(wù)器，從而形成一種一致狀態(tài)。
我們介紹了幾種消除SPOF的方法，在不能及時(shí)修改代碼的情況下可以輕松地實(shí)現(xiàn)它們。但是最后的方法最好，即修復(fù)代碼，允許網(wǎng)站設(shè)計(jì)服務(wù)的多個(gè)實(shí)例在不同的物理服務(wù)器上運(yùn)行，從而盡可能消除SPOF。記住，“一切都會(huì)出故障”，所以當(dāng)SPOF出故障時(shí)，請(qǐng)不要吃驚。
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