阿里为啥值 4 万亿？看它如何应对亿级高并发大流量？如何保障高可用和稳定性，就知道了

作者： 丁浪，目前在创业公司担任高级技术架构师。曾就职于阿里巴巴大文娱和蚂蚁金服。具有丰富的稳定性保障，全链路性能优化的经验。架构师社区特邀嘉宾！

阅读本文，你将会收获：

1. 高并发、大流量场景的常见问题和应对手段

2. 知名互联网公司的高可用架构和稳定性保障体系

前言

我从业之初便开始扮演 “ 救火队员 ” 角色，经常去线上执行 “ 救火 ” 、止损、攻关等应急工作，再通过分析、推理、验证 … “ 抽丝剥茧 ” 的找出背后的根本原因，仿佛自己是个 “ 经验丰富、从容冷静、思维缜密 ” 的侦探。

以前我一直认为线上问题定位、分析处理能力是架构师的 “ 看家功底 ” 并常引以为傲。

但最近这两年我开始思考，其实 “ 防火 ” 比 “ 救火 ” 更重要 ，正如一句古话 “ 上医治未病，中医治欲病，下医治已病 ” 。下面我将为大家分享稳定性治理经验和阿里的稳定性保障体系。

稳定性治理的常见场景

突发大流量

相信大家对上图并不陌生，尤其在刚刚过去的双 11 、双 12 中。这是电商大促场景中执行了最常用的 自动预案 – “ 限流保护 ” ，并非很多朋友说的 “ 宕机 ” 、 “ 崩溃 ” 。

“ 限流 ” 是应对 高并发或者突发大流量 场景下的 “ 三板斧 ” 之一，不管是在电商大促、社交媒体突发热点事件（例如：遇到 “ 知名女星出轨 ” ），还是在常态下都是非常有必要的保护手段。本质上就是检查到当前请求量即将超出自身处理能力时，自动执行拒绝（或者执行 “ 请求排队 ” ），从而防止系统被彻底压垮。

不稳定服务

讲到 “ 限流 ” ，那就不得不提另外一板斧 “ 降级 ” 。除了我们之前所提到的 “ 开关降级 ” （关闭次要功能或服务）、兜底、降低一致性等之外，在技术层面最常用就是 “ 自动熔断降级 ” 。 “ 限流 ” 是为了防止大流量压垮系统，而 “ 熔断 ” 是为了防止不稳定的服务引发超时或等待，从而级联传递并最终导致整个系统 雪崩 。

如图所示，假设服务 D 此时发生了故障或者 FullGC 等，则会导致上游的服务 G 、 F 中产生大量等待和异常，并级联传递给最上游的服务 A 、 B 。即便在服务 G 、 F 中设置了 “ 超时 ” （如果没有设置 “ 超时 ” 那情况就更糟糕了），那么也会导致线程池中的大量线程资源被占用。如果服务 H 、 I 和服务 G 、 F 在同一个应用中且默认共用同一个线程池，那么也会因为资源耗尽变得不可用，并最终导致最上游的服务 A 和服务 B 整体不可用，全部链路都将异常，线上核心系统发生这种事故那就是灾难。

假如我们在检查到服务 G 和服务 F 中 RT 明显变长或者异常比例增加时，能够让其自动关闭并快速失败，这样 H 和 I 将不会受影响，最上游的服务 A 和服务 B 还能保证 “ 部分可用 ” 。

举个现实生活中更通俗的例子，当你们家的电器发生短路时空气开关会自动跳闸（保险丝会自动 “ 熔断 ” ），这就是通过牺牲你们家的用电而换回小区的正常供电，否则整个线路都会烧毁，后果会不堪设想。

所以，你得结合实际业务场景先找出哪些接口、服务是可以被 “ 降级 ” 的。

架构单点

这个事件大概发生在 2015 年，被载入了支付宝的 “ 史册 ” ，也推动了蚂蚁金服整体 LDC 架构（三地五中心的异地多活架构）的演进。

异地多活架构

1. 突破单机房容量限制

2. 防机房单点，高可用

内建质量

根据以往的经验， 60% 以上的故障都是由变更引起的 ，请牢记变更 “ 三板斧 ” ：

1. 1.      可回滚 / 可应急

2. 2.      可灰度

3. 3.      可监控

预防质量事故的常用手段：

1. 做好分析、设计、评审，容量评估，规避风险

2. 制定规范，控制流程，加入代码扫描和检查等

3. 阉割做好 Code Review

4. 测试用例覆盖（通过率、行覆盖率、分支覆盖率），变更全量回归

5. 尽可能的自动化，避免人肉（易出错），关键时刻执行 double check

感兴趣的读者可以参考我之前发布在 “ 架构师社区 ” 的文章 《关于故障和稳定性的一点思考》 ，里面有一些实践经验和思考，这里不再仔细展开。

高可用架构的基石–稳定性保障体系

从故障视角来看稳定性保障

稳定性保障的核心目标

1. 尽早的预防故障，降低故障发生几率。

2. 及时预知故障，发现定义故障。

3. 故障将要发生时可以快速应急。

4. 故障发生后能快速定位，及时止损，快速恢复。

5. 故障后能够从中吸取教训，避免重复犯错。

仔细思考一下，所有的稳定性保障手段都是围绕这些目标展开的。

稳定性保障体系

上图涵盖了稳定性体系的各个方面，下面我来一一讲解。

应用架构稳定性

应用架构稳定性相对是比较广的话题，按我的理解主要包括很多设计原则和手段：

1. 架构设计 简单化 。系统架构简单清晰，易于理解，同时也需要考虑到一定的扩展性，符合软件设计中 KISS 原则 。现实中存在太多的 “ 过度设计 ” 和 “ 为了技术而技术 ” ，这些都是反例，架构师需懂得自己权衡；

2. 拆分 。拆分是为了降低系统的复杂度，模块或服务 “ 自治 ” ，符合软件设计中 “ 单一职责 ” 原则。拆分的太粗或者太细都会有问题，这里没有什么标准答案。应该按照领域拆分（感兴趣同学可以学习下 DDD 中的 限界上下文 ），结合业务复杂程度、团队规模（ 康威定律 ）等实际情况来判断。可以想象 5 个人的小团队去维护超过 30 多个系统，那一定是很痛苦的 ;

3. 隔离 。拆分本质上也是一种系统级、数据库级的隔离。此外，在应用内部也可以使用线程池隔离等。分清 “ 主、次 ” ，找出 “ 高风险 ” 的并做好隔离，可以降低发生的几率 ;

4. 冗余 。避免单点，容量冗余。机房是否单点，硬件是否单点，应用部署是否单点，数据库部署是否单点，链路是否单点 … 硬件和软件都是不可靠的，冗余（ “ 备胎 ” ）是高可用保障的常规手段 ;

5. 无状态、一致性、并发控制、可靠性、幂等性、可恢复性 … 等。比如：投递了一个消息，如何保障消费端一定能够收到？上游重试调用了你的接口，保证数据不会重复？ Redis 节点挂了分布式锁失效了怎么办？ … 这些都是在架构设计和功能设计中必须考虑的 ;

6. 尽可能的 异步化 ，尽可能的 降低依赖 。异步化某种程度可以提升性能，降低 RT ，还能减少直接依赖，是常用的手段 ;

7. 容错 模式（上篇文章中有介绍）

我在团队中经常强调学会 “ 面向失败和故障的设计 ” ，尽可能做一个 “ 悲观主义者 ” ，或许有些同学会不屑的认为我是 “ 杞人忧天 ” ，但事实证明是非常有效的。

从业以来我有幸曾在一些高手身边学习，分享受益颇多的两句话：

出来混，迟早要还的 ;

不要心存侥幸，你担心的事情迟早要发生的 ;

上图是比较典型的互联网分布式服务化架构，如果其中任意红色的节点出现任何问题，确定都不会影响你们系统正常运行吗？

限流降级

前面介绍过了限流和降级的一些场景，这里简单总结下实际使用中的一些关键点。

以限流为例，你需要先问自己并思考一些问题：

1. 你限流的实际目的是什么？仅仅只做过载保护？

2. 需要什么限流策略，是 “ 单机限流 ” 还是 “ 集群限流 ” ？

3. 需要限流保护的资源有哪些？网关？应用？

4. 水位线在哪里？限流阈值配多少？

5. …

同理，降级你也需要考虑：

1. 系统、接口依赖关系

2. 哪些服务、功能可以降级掉

3. 是使用手工降级（在动态配置中心里面加开关）还是自动熔断降级？熔断的依据是什么？

4. 哪些服务可以执行兜底降级的？怎么去兜底（例如：挂了的时候走缓存或返回默认值）？

5. …

这里我先卖下关子，篇幅关系，下篇文章中我会专门讲解。

监控预警

 

上图是我个人理解的一家成熟的互联网公司应该具备的监控体系。

前面我提到过云原生时代 “ 可观察性 ” ，也就是监控的三大基石。

这里再简单补充一下 “ 健康检查 ” ，形成经典的 “ 监控四部曲 ” ：  

关于 健康检查 ，主要就分为 “ 服务端轮询 ” 和 “ 客户端主动上报 ” 2 种模式，总的来讲各有优缺点，对于类似 MySql 这类服务是无法主动上报的（除非借助第三方代理）。需要注意的是传统基于端口的健康检查很难识别 “ 进程僵死 ” 的问题。

提到监控那就不得不提 Google SRE 团队提出的监控四项黄金指标：

延迟：响应时间

流量：请求量、 QPS

错误：错误数、错误率

饱和度：资源利用率

类似的还有 USE 方法， RED 方法，感兴趣的读者可以自行查阅相关资料。

云原生时代通常是应用 / 节点暴露端点，监控服务端采用 pull 的方式采集指标，当前比较典型的就是 Prometheus 监 控系 统，感兴趣的可以详细了解 。

当然，以前也有些监控是通过 agent 采集指标数据然后上报到服务端的。

除了监控自身，告警能力也是非常重要的。告警的阈值配多少也需要技巧，配太高了不灵敏可能会错过故障，配太低了容易 “ 监控告警疲劳 ” 。

强弱依赖治理

这是网上找的一张 “ 系统依赖拓扑图 ” ，可见面对这种复杂性，无论是通过个人经验，还是借助 “ 链路跟踪工具 ” 都很难快速理清的。

何为强弱依赖

A 系统需要借助 B 系统的服务完成业务逻辑，当 B 挂掉的时候会影响 A 系统中主业务流程的推进，这就是 “ 强依赖 ” 。举个例子：下单服务依赖 “ 生成订单号 ” ，这就是 “ 强依赖 ” ， “ 扣库存 ” 这也是 “ 强依赖 ”;

同理，当 A 依赖的 B 系统挂掉的时候，不会影响主流程推进，那么就是 “ 弱依赖 ” 。例如：购物车页面中显示的库存数是非必须的 ;

如何梳理出这种强弱依赖，这个在阿里内部是有专门的中间件可以做的，目前开源社区没有替代品，可能就要结合链路跟踪 + 个人的经验，针对系统级，接口级去做链路梳理。我们重点关注的是 “ 强依赖 ” ，而 “ 弱依赖 ” 通常是可以执行容灾策略的，例如：可以直接降级掉，可以返回为空或者默认值、执行兜底等 ;  

总结出来关键有几点：当前业务功能 / 应用 / 服务、依赖的服务描述、依赖类型（比如： RPC 调用），峰值调用量、链路的流量调用比例、强弱等级、挂掉的后果等。

容量规划

容量规划是非常重要的，无论是成本控制还是稳定性保障都需要。否则压根不知道需要投入多少资源以及资源投入到哪里。需要了解 系统极限水位在哪里 ，再推算出合理的 “ 阈值 ” 来做好 “ 过载保护 ” ，这也是执行是限流、降级等预案体系的关键依据和基础。

第一阶段：主要依靠经验值、理论值等来预估的，或者是靠 “ 拍脑袋 ” 的。

前几年资本市场情况比较好，互联网公司比较典型的现象：老板，我需要买 100 台服务器， 50 台跑应用， 20 台跑中间件， 10 台做数据库 … 预计可以扛住日均 1000W 访问量，每天 100W 订单 …

靠谱一点的人还能扯出 “MySql 并发连接数在几 core 几 G 大概能到 xxx” 、 “Redis 官方称可以达到 10W TPS” 之类的参考值，这种至少听起来还有那么一点道理。不靠谱的人呢。那可能就真是瞎说的一个数字，或者会说 “ 我上家公司就用了这么多支撑的 ” ，其实纯靠拍脑袋的。

总之，这都是很不靠谱的。会造成资源分配不合理，有些浪费而有些饥荒。

第二阶段：通过 线下压测 手段来进行。线下压测通常是压测的单接口、单节点，压测结果 可以帮助我们了解应用程序的性能状况、定位性能瓶颈，但是要说做整体的容量规划，那参考价值不大 。因为实际情况往往复杂太多，网络带宽、公共资源、覆盖场景不一致、线上多场景混合等各种因素。根据 “ 木桶短板 ” 的原理，系统的容量往往取决于最弱的那一环节。正所谓 “ 差之毫厘，失之千里 ” 。

第三阶段：通过线上单机压测来做。比较常见的手段有： 线上引流、流量复制、日志回放 等。其中线上引流实施起来最简单，但需要中间件统一。通过接入层或服务注册中心（软负载中心）调整流量权重和比例，将单机的负载打到极限。这样就比较清楚系统的实际水位线在哪里了。

第四阶段： 全链路压测 ，弹性扩容。

这个是阿里首创的，目前很多公司在效仿。属于是业务倒逼技术创造出来的手段。 全链路压测 涉及到的内容会比较多，关键的步骤包括：

1. 链路梳理

2. 基础数据准备、脱敏等

3. 中间件改造（透传影子标，软负载 / 消息 / 缓存 / 分库分表等路由，建立影子表）

4. 建立压测模型、流量模型、流量引擎

5. 预案体系的检查

6. 执行压测，紧盯监控告警

7. 数据清理

对业务开发团队同学来讲，关于 链路梳理、流量模型 的评估是其中最重要的环节， 全链路压测就是模拟用户真实的访问路径构造请求，对生产环境做实际演练 。这里我以大家熟悉的购买电影票的场景为例。如下图，整个链路中业务流量其实是呈 “ 漏斗模型 ” 的，至于每一层的比例是多少，这个第一就是参考当前的监控，第二就是参考历史数据去推算平均值了。

漏斗模型推演示例：  

可以看出每一层（不同应用、不同服务）所需要承载的真实流量不一样，负载也是不一样的。当然，实际场景更复杂，实际情况是多场景混合并行的， A 用户在拉排期的时候 B 用户已经在锁座了 …

我们要做的，就是尽可能接近真实。 还有最关键的一点要求： 不能影响线上真实业务。 这就需要非常强的监控告警和故障隔离能力了。

关于 系统容量和水位标准 ，这里给大家一个建议参考值：

水位标准：单机房部署水位应在 70% 以下，双机房部署水位应在 40% 以下

单机水位：单机负载 / 单机容量

集群水位：集群负载 / 集群容量

理论机器数：实际机器数 * （集群水位 / 水位标准）

为什么双机房是 40% ？一个机房故障了流量全都切到另外一个机房去，要确保整体不受影响，不会被压垮。

预案体系

电影片段中 “ 检查到有未知生物入侵地球，联合国宣布启动进入一级戒备，马上启动宇宙飞船达到现场 ” ， “ 已经了解清楚，并按协议执行驱逐指令，目前已经离开 ” … 这就是典型的预案体系。触发条件、等级、执行动作、事后情况都非常清晰，整个过程还带有 闭环 的（当然这片段是我 YY 出来的）。

前面我讲过 “ 面向失败的设计 ” ，就是尽可能的考虑到各种异常场景和特殊情况。

这些零散的 “ 知识点 ” ，还有日常的一些复盘的经验都可以作为日后的预案。

当然，前面我们讲过的限流、降级等应急手段，容错模式也是整个预案体系中非常重要的。预案积累的越丰富，技术往往越成熟。

总的来讲，预案的生命周期包括：

从大的层面又可以分为：

1. 事前制定和完善预案

2. 日常演练预案

3. 事中统一指挥，收集数据，决策并执行预案

4. 事后总结并继续完善和改进预案

当然，这里说明下，有些预案是达到明确的触发条件后自动执行的，有些是需要依赖人工决策然后再触发执行的。这里我给一个简单的 demo 给大家参考。

线上演练

正所谓 “ 养兵千日，用兵一时 ” 。现实生活中的 “ 消防演习 ” 就是一个好例子，否则时间久了根本不知道灭火器放在哪里，灭火器是怎么打开的？打开后还能喷出泡沫来吗？对应到我们技术领域也是一样的，你怎么知道你的预案都是有效的？你怎么保证 on call 值班机制没问题？你知道监控告警是否真的很灵敏？

在阿里内部不管是大促还是常态，都会不定期来一些线上演练。在蚂蚁内部每年都会有 “ 红蓝军对抗演练 ” ，这是一种非常好的 “ 以战养兵 ” 的做法。

先看一张关于 故障画像 的大图，这里列举了典型的一些故障场景，大家不妨思考下如何通过 “ 故障注入 ” 来验证系统的高可用能力。

简单总结故障演练主要场景和目的：

1. 预案有效性、完整性

2. 监控告警的准确性、时效性

3. 容灾能力测试

4. 检查故障是否会重现

5. 检查 on call 机制，验证突发情况团队实际战斗能力

6. …

“ 混沌工程 ” 是近年来比较流行的一种工程实践，概念由 Netflix 提出， Google 、阿里在这方面的实践经验比较丰富（或者说是不谋而合，技术顶尖的公司大都很相似）。通俗点来讲就是通过不断的给现有系统 “ 找乱子 ” （进行实验），以便验证和完善现有系统的高可用性、容错性等。

引用一句鸡汤就是： “ 杀不死我的必将使我更强大 ”

混沌工程的原则：

 

系统成熟度模型：  

面向故障 / 失败的设计更是一种技术文化，应该在团队中大力推广。

小结

本文我主要讲解了稳定性治理的常见手段，稳定性保障体系。其中涉及到的知识、手段、内容都非常多。限于篇幅的关系，不可能每一项都特特别细致。还需读者慢慢消化，更重要的是好好思考现状并努力改进，也欢迎留言讨论。

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