非集中式結構

什麼是非集中式結構？

在非集中式結構中，服務的執行和數據的存儲被分散到不同的伺服器集群，伺服器集群之間通過消息傳遞進行通信和協調，非集中式結構沒有中央伺服器和節點伺服器之分，所有的伺服器地位都是平等的。

非集中式結構解決了集中式結構中面臨的單點瓶頸和單點故障問題，提升了系統的併發度，比較適合大規模集群的管理。

本文集中描述三種典型的非集中式架構系統：

• Akka集群
• Redis集群
• Cassandra集群

Akka集群

Akka是一個開發庫和運行環境，用於構建可擴展、彈性的、快速響應的應用程式。

Akka基於Actor模型實現，Actor模型是一個封裝了狀態和行為的對象，它接收消息並基於該消息執行計算。Actor之間通信的唯一機制就是消息傳遞，每個Actor都有自己的MailBox。

Actor發送的Mail信息會存儲在接收方的MailBox中，接受黨按照mail到達的先後順序，從MailBox中提取mail消息，併進行相應的計算處理。

Actor模型採用非同步消息調用機制，具有非阻塞、高性能等特點，可以用於處理併發問題。Akka集群充分利用了Actor模型的優勢，提供了一個非集中式架構的集群管理模塊，用來構建可擴展、彈性的分散式應用程式。

Akka集群中的節點分為Leader節點和非Leader節點，和非Leader節點相比，Leader節點只是增加了負責節點的加入和移出集群的功能。

對於數據同步，Akka集群採用的是誰的時間戳最新，就以誰為準的原則。Akka集群採用了Gossip協議，該協議是最終一致性協議，它的原理是每個節點周期性的從自己維護的集群節點列表中，隨機選擇k個節點，將自己存儲的數據信息發給著k個節點，接收到該信息的節點採用前面講的共識原則，對收到的數據和本地數據進行合併，這樣迭代幾個周期後，集群中所有節點上的數據信息就一致了。

Akka集群在創建時，節點被分為三種類型：

• 種子節點，使用靜態配置文件方式或者系統運行時指定方式，可以生成種子節點，種子節點是普通節點加入集群的聯繫點，可以自動接收新加入集群的節點的信息。
• 首種子節點，首種子節點是配置文件中的第一個種子節點，其功能是集群第一次啟動時，首種子節點啟動起來，集群才能組建成功，保證集群第一次創建時只有一個集群。
• 普通節點，可以向種子節點或集群中的任意節點發送Join消息，請求加入集群。

Akka集群的每個節點啟動後，讀取配置文件獲取種子節點列表，開始組建集群：

• 如果本節點是首種子節點，則把自己加入到集群列表，即以自己為中心構建集群。
• 如果本節點為種子節點，則向首種子節點請求加入集群，當首種子節點回覆同意消息後，可以加入集群，否則不可加入集群。
• 如果本節點為普通節點，則可以向任一種子節點請求加入集群，收到同意後，則加入集群，否則不可加入集群。

Redis集群

Redis是一個開源的、包含多種數據結構的高性能Key-value資料庫，主要有以下特征：

• 支持多種數據結構。
• 支持數據的持久化和備份。
• 基於記憶體運行，具有極高的性能。

Redis集群中不存在中央節點，每個節點都可以和其他節點通信，所有節點都負責存儲數據、記錄集群的狀態，客戶端可以訪問或者連接到任一節點上。

Redis集群中每個節點都存在主備，也就是說每台伺服器上都運行兩個Redis服務，分別是主備，主故障後，備升主。

在數據的分片存儲方面，Redis集群引入了”哈希槽“的概念，集群中內置了16384個哈希槽，每個節點負責一部分哈希槽，當客戶端要存儲一個數據或對象時，Redis先對key進行CRC16校驗，然後進行16384取模，來決定哈希槽的編號，從而確定存儲到哪個節點上。

Cassandra集群

Cassandra集群的架構是基於一致性哈希的完全P2P結構，沒有Master的概念，所有節點都是同樣的角色，徹底避免了因為單點問題導致的系統不穩定。Cassandra集群節點間的狀態同步，也是通過Gossip協議來進行P2P通信的。

Cassandra集群中每個節點都代表一個哈希值，每次客戶端可以向集群中的任意一個節點請求數據，接收到請求的節點將key值進行哈希操作，找出一致性哈希環上是哪個節點存儲該數據u，然後將請求轉發到相應節點上，並將查詢結果反饋返回給客戶端。

下麵是關於三種不同的非集中式架構系統的詳細比較。