本文主要介紹如何理解 Java 應(yīng)用的擴(kuò)展方式以及不同類(lèi)型的擴(kuò)展技術(shù)和具體技巧，介紹一些有關(guān) Java 企業(yè)級(jí)應(yīng)用的一般擴(kuò)展策略。

老實(shí)說(shuō)，“可擴(kuò)展性”是個(gè)全面且詳盡的話(huà)題，而且往往得不到充分理解。人們通常認(rèn)為可擴(kuò)展性等同于高可用性，筆者見(jiàn)過(guò)編程新手和架構(gòu)師“老手”都建議將集群作為可擴(kuò)展性和高可用性的解決方案。建議確實(shí)沒(méi)錯(cuò)，但問(wèn)題是，人們通常是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜索，而非實(shí)際理解應(yīng)用本身的情況來(lái)實(shí)現(xiàn)集群。

筆者并未自稱(chēng)“專(zhuān)家”，只想通過(guò)這篇文章介紹一些有關(guān) Java 企業(yè)級(jí)應(yīng)用的一般擴(kuò)展策略。

問(wèn)題

可擴(kuò)展性并非 Java 企業(yè)級(jí)平臺(tái)規(guī)范內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)組件。相關(guān)技術(shù)通常因供應(yīng)商（應(yīng)用服務(wù)器）而異，并且往往需要使用不止一款產(chǎn)品（應(yīng)用服務(wù)器本身除外）。正因如此，設(shè)計(jì)可擴(kuò)展的 Java 企業(yè)級(jí)應(yīng)用才會(huì)有些棘手，要完成任務(wù)，往往不僅沒(méi)有可以參照的實(shí)例，而且要求我們必須徹徹底底地理解應(yīng)用。

擴(kuò)展類(lèi)型

筆者確信你們不是第一次看到這些內(nèi)容。擴(kuò)展一般分為兩大類(lèi)：縱向擴(kuò)展，和橫向擴(kuò)展。

擴(kuò)展的第一個(gè)自然階段是縱向擴(kuò)展。

·  縱向擴(kuò)展：包括給服務(wù)器增加更多資源，例如內(nèi)存 (RAM)、磁盤(pán)空間、處理器等。這在某些方案中具備實(shí)用價(jià)值，但經(jīng)過(guò)特定時(shí)間點(diǎn)后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種擴(kuò)展費(fèi)用高昂，不如借助橫向擴(kuò)展。

·  橫向擴(kuò)展：在這個(gè)過(guò)程中會(huì)增加更多機(jī)器或額外的服務(wù)器實(shí)例/節(jié)點(diǎn)，這也叫做集群（Clustering），因?yàn)樗蟹?wù)器是作為一個(gè)集體或集群一起運(yùn)行的。

高可用性不等于可擴(kuò)展性

系統(tǒng)高度可用（擁有多個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)以方便故障轉(zhuǎn)移），并不表示系統(tǒng)可擴(kuò)展。高可用性只是意味著，如果當(dāng)前處理節(jié)點(diǎn)崩潰，請(qǐng)求會(huì)傳遞或轉(zhuǎn)移到集群中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以便從開(kāi)始處繼續(xù)?？蓴U(kuò)展性則是通過(guò)增加可用資源（內(nèi)存、處理器等）而提升系統(tǒng)特定性能（例如用戶(hù)數(shù)量、吞吐量、響應(yīng)時(shí)間）的能力，即使將失 敗請(qǐng)求傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也無(wú)法保證應(yīng)用會(huì)在這種場(chǎng)景中正確運(yùn)行（原因我們會(huì)在下面揭曉）。

下面我們來(lái)了解一些關(guān)于可擴(kuò)展性的觀點(diǎn)和相關(guān)討論。

讓橫向擴(kuò)展的集群達(dá)到負(fù)載均衡

假設(shè)您已經(jīng)縱向擴(kuò)展至最大容量，現(xiàn)在又用多個(gè)節(jié)點(diǎn)形成集群，將系統(tǒng)進(jìn)行了橫向擴(kuò)展。接下來(lái)您要做的可能是在集群基礎(chǔ)架構(gòu)前放置一臺(tái)負(fù)載均衡器，讓負(fù)載分散在集群各部分之間（如果要詳細(xì)了解負(fù)載均衡，大家可以參考其他方面的資料，在這里我們重點(diǎn)還是說(shuō)擴(kuò)展問(wèn)題）。

應(yīng)用有狀態(tài)還是無(wú)狀態(tài)？

現(xiàn)在你已經(jīng)橫向擴(kuò)展了，這就夠了嗎？如果你的應(yīng)用無(wú)狀態(tài)，即應(yīng)用邏輯在處理請(qǐng)求時(shí)不依靠現(xiàn)有服務(wù)器狀態(tài)，則橫向擴(kuò)展已經(jīng)足夠。

但如果應(yīng)用具有 HTTP 會(huì)話(huà)對(duì)象、有狀態(tài) EJB、會(huì)話(huà)域 bean (CDI、JSF) 等組件時(shí)，又會(huì)怎樣？這取決于具體客戶(hù)（具體來(lái)說(shuō)，即調(diào)用線程），存儲(chǔ)特定狀態(tài)并依靠當(dāng)前顯示的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行請(qǐng)求（例如，HTTP 會(huì)話(huà)對(duì)象可能會(huì)存儲(chǔ)用戶(hù)的身份驗(yàn)證狀態(tài)、購(gòu)物車(chē)信息等）。

在橫向擴(kuò)展或集群式應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的任何集群都可能為后續(xù)請(qǐng)求提供服務(wù)。如果首個(gè)請(qǐng)求的 JVM 實(shí)例處的狀態(tài)數(shù)據(jù)沒(méi)有被接收，其他節(jié)點(diǎn)會(huì)如何處理請(qǐng)求？

會(huì)話(huà)保持

會(huì)話(huà)保持配置可在負(fù)載均衡器層面上完成，確保來(lái)自特定客戶(hù)/終端用戶(hù)的請(qǐng)求始終被轉(zhuǎn)發(fā)到同一個(gè)實(shí)例/應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，即維持服務(wù)器親和力。這樣，我們就緩解了所需狀態(tài)無(wú)法顯示的問(wèn)題。但這里有個(gè)陷阱 – 如果節(jié)點(diǎn)崩潰怎么辦？狀態(tài)會(huì)被破壞，用戶(hù)會(huì)被轉(zhuǎn)至服務(wù)器請(qǐng)求處理所依賴(lài)的、但不具備現(xiàn)有狀態(tài)的實(shí)例。

集群復(fù)制

為解決上述問(wèn)題，您可對(duì)應(yīng)用服務(wù)器集群機(jī)制進(jìn)行配置，以支持有狀態(tài)組件的復(fù)制，借此可確保 HTTP 會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)（和其他有狀態(tài)對(duì)象）顯示在所有服務(wù)器實(shí)例上。如此一來(lái)，終端用戶(hù)請(qǐng)求便可轉(zhuǎn)至任何服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，即使某個(gè)服務(wù)器實(shí)例崩潰或不可用，集群中的其他任何節(jié)點(diǎn)都能夠處理請(qǐng)求?，F(xiàn)在您的集群就不是一般集群了，而是復(fù)制集群。

集群復(fù)制特定于 Java 企業(yè)級(jí)容器/應(yīng)用服務(wù)器，最好查閱相關(guān)文檔，了解如何復(fù)制集群。一般而言，大多數(shù)應(yīng)用服務(wù)都支持 Java 企業(yè)級(jí)組件（如有狀態(tài)和無(wú)狀態(tài)的 EJB、HTTP 會(huì)話(huà)、JMS 隊(duì)列等）集群。

然而這造成了另一個(gè)問(wèn)題 – 應(yīng)用服務(wù)器中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都處理會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致 JVM 堆內(nèi)存越來(lái)越多，因此垃圾回收也越來(lái)越頻繁，另外，復(fù)制集群時(shí)還會(huì)消耗一定的處理能力。

有狀態(tài)組件的外部存儲(chǔ)

在另一層存儲(chǔ)會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)和有狀態(tài)的對(duì)象，這可以借助 RDBMS 實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)應(yīng)用服務(wù)器本身就支持這一功能。

你可能已經(jīng)注意到了，我們已經(jīng)將存儲(chǔ)從內(nèi)存層轉(zhuǎn)移到持久層 – 一天工作結(jié)束時(shí)，你可能會(huì)遇到由數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)致的擴(kuò)展問(wèn)題。不是說(shuō)這一定會(huì)發(fā)生，但數(shù)據(jù)庫(kù)確實(shí)可能因?yàn)閼?yīng)用而過(guò)載，而后逐漸延時(shí)（例如在故障轉(zhuǎn)移時(shí)）。設(shè)想一 下，從數(shù)據(jù)庫(kù)中再現(xiàn)整個(gè)用戶(hù)會(huì)話(huà)狀態(tài)以便用在另一個(gè)集群實(shí)例中，不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，還會(huì)影響峰值負(fù)載下的終端用戶(hù)體驗(yàn)。

最后的邊界：分布式內(nèi)存中緩存

這是最后的邊界，至少在我看來(lái)如此，因?yàn)樗盐覀儙Щ亓藘?nèi)存方法。沒(méi)有比這更好的辦法了！Oracle Coherence、Hazelcast 這類(lèi)產(chǎn)品或其他任何分布式緩存/內(nèi)存網(wǎng)格產(chǎn)品可用于清理有狀態(tài)的狀態(tài)存儲(chǔ)和復(fù)制/分布 – 這就是緩存層。好的一面是這些產(chǎn)品大多默認(rèn)支持 HTTP 會(huì)話(huà)存儲(chǔ)。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)置意味著，應(yīng)用服務(wù)器的重啟不會(huì)影響現(xiàn)有用戶(hù)會(huì)話(huà) – 給系統(tǒng)打補(bǔ)丁而不造成宕機(jī)和終端用戶(hù)斷電（雖然并不像聽(tīng)上去那么容易，但顯然是個(gè)辦法！），這始終是好事?？偟膩?lái)說(shuō)，其理念是：應(yīng)用層和 web 會(huì)話(huà)緩存層可獨(dú)立運(yùn)行和擴(kuò)展，彼此不受干擾。

分布式不等于重復(fù)式

這兩個(gè)詞之間存在巨大差異，就緩存層而言，理解其中的差異是極為關(guān)鍵的。兩者各有長(zhǎng)短：

·  分布式：緩存共享數(shù)據(jù)的各個(gè)部分，即數(shù)據(jù)集被分在各緩存集群節(jié)點(diǎn)之間（利用與產(chǎn)品特定的算法）。

·  重復(fù)式：所有緩存節(jié)點(diǎn)都擁有所有數(shù)據(jù)，即每個(gè)緩存服務(wù)器都包含整個(gè)數(shù)據(jù)集的一份復(fù)本。