一、分布式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)有哪些

分布式系統(tǒng)需要大量機(jī)器協(xié)作，面臨諸多的挑戰(zhàn)，其中主要的挑戰(zhàn)有：

1、異構(gòu)的機(jī)器與網(wǎng)絡(luò)

分布式系統(tǒng)中的機(jī)器，配置不一樣，其上運(yùn)行的服務(wù)也可能由不同的語言、架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，因此處理能力也不一樣；節(jié)點(diǎn)間通過網(wǎng)絡(luò)連接，而不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延時、丟包率又不一樣。怎么保證大家齊頭并進(jìn)，共同完成目標(biāo)，這是個不小的挑戰(zhàn)。

2、普遍的節(jié)點(diǎn)故障

雖然單個節(jié)點(diǎn)的故障概率較低，但節(jié)點(diǎn)數(shù)目達(dá)到一定規(guī)模，出故障的概率就變高了。分布式系統(tǒng)需要保證故障發(fā)生的時候，系統(tǒng)仍然是可用的，這就需要監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，在節(jié)點(diǎn)故障的情況下將該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)的計(jì)算、存儲任務(wù)轉(zhuǎn)移到其他節(jié)點(diǎn)。

3、不可靠的網(wǎng)絡(luò)

節(jié)點(diǎn)間通過網(wǎng)絡(luò)通信，而網(wǎng)絡(luò)是不可靠的?？赡艿木W(wǎng)絡(luò)問題包括：網(wǎng)絡(luò)分割、延時、丟包、亂序。相比單機(jī)過程調(diào)用，網(wǎng)絡(luò)通信最讓人頭疼的是超時：節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)出請求，在約定的時間內(nèi)沒有收到節(jié)點(diǎn)B的響應(yīng)，那么B是否處理了請求，這個是不確定的，這個不確定會帶來諸多問題，最簡單的，是否要重試請求，節(jié)點(diǎn)B會不會多次處理同一個請求。

總而言之，分布式的挑戰(zhàn)來自不確定性，不確定計(jì)算機(jī)什么時候crash、斷電，不確定磁盤什么時候損壞，不確定每次網(wǎng)絡(luò)通信要延遲多久，也不確定通信對端是否處理了發(fā)送的消息。而分布式的規(guī)模放大了這個不確定性，不確定性是令人討厭的，所以有諸多的分布式理論、協(xié)議來保證在這種不確定性的情況下，系統(tǒng)還能繼續(xù)正常工作。

二、分布式系統(tǒng)帶來的問題及解答

1、如何找到所需的服務(wù)？——服務(wù)發(fā)現(xiàn)組件

問題描述：線上生產(chǎn)環(huán)境中，尤其容器部署情況下服務(wù)實(shí)例地址（服務(wù)器端口）是動態(tài)分配的，服務(wù)調(diào)用者無法提前獲取服務(wù)實(shí)例地址和端口。

解決方案：在服務(wù)運(yùn)行時，通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)組件解析服務(wù)名來獲取服務(wù)實(shí)例地址和端口。

2、如何找到實(shí)例？——請求分發(fā)的策略

問題描述：找到服務(wù)器后，還應(yīng)該確定將當(dāng)前請求發(fā)往服務(wù)器的哪一個實(shí)例。

解決方案：

（1）如果同一個服務(wù)的實(shí)例都是完全對等的（無狀態(tài)），那么按負(fù)載均衡策略來處理就足夠（隨機(jī)、輪詢、權(quán)重、hash、一致性hash、fair等各種策略）。

（2）如果同一個服務(wù)的實(shí)例不是對等的（有狀態(tài)），那么需要通過路由服務(wù)（元數(shù)據(jù)服務(wù)等）先確定當(dāng)前要訪問的請求數(shù)據(jù)在哪一個實(shí)例上，然后再進(jìn)行訪問。

3、如何避免雪崩？

問題描述：一個故障由于正反饋不斷被擴(kuò)大，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障

解決方案：

（1）【快速失敗】和【降級機(jī)制】：熔斷、降級、限流等，通過快速減少系統(tǒng)負(fù)載來避免雪崩的發(fā)生。

（2）【彈性擴(kuò)容機(jī)制】，通過快速增加系統(tǒng)的服務(wù)能力來避免雪崩的發(fā)生。

4、如何對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控？

問題描述：對于一個分布式系統(tǒng)，如果我們不能很清楚地了解內(nèi)部的狀態(tài)，那么高可用是沒有辦法完全保障的。

解決方案：監(jiān)控系統(tǒng)的各層

（1）【硬件層面】：服務(wù)器溫度、磁盤RAID陣列等。

（2）【系統(tǒng)層面】：存活狀態(tài)、CPU、RAM、load負(fù)載。

（3）【應(yīng)用層】：mysql、Nginx、Django、LVS、HAProxy。

（4）【業(yè)務(wù)層面】：PV、UV、訂單。

5、分布式存儲如何做數(shù)據(jù)切片？

問題描述：既然要實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫，那么應(yīng)該如何將數(shù)據(jù)進(jìn)行切片？

解決方案：Hash、Consistent Hash和Range Based分片策略。

6、如何設(shè)置冗余？如何復(fù)制數(shù)據(jù)？

問題描述：分布式存儲的高可用性需要冗余來保證，那么如何做冗余？如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、更新時保證兩份數(shù)據(jù)的一致性？

解決方案：

（1）【中心化方案】：主從復(fù)制、一致性協(xié)議（Raft和Paxos）。

（2）【去中心化的方案】：Quorum、Vector Clock。