(5)分布式领域中的冯诺依曼模型的变化以及分布式系统的难点

1.分布式领域中的冯诺依曼模型的变化

前面我们讲过经典理论-冯.诺依曼体系，计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。不管架构怎么变化，计算机仍没有跳出该体系的范畴；

• 输入设备的变化
  在分布式系统架构中，输入设备可以分两类，第一类是互相连接的多个节点，在接收其他节点传来的信息作为该节点的输入；另一种就是传统意义上的人机交互的输入设备了
• 输出设备的变化
  输出和输入类似，也有两种，一种是系统中的节点向其他节点传输信息时，该节点可以看作是输出设备；另一种就是传统意义上的人际交互的输出设备，比如用户的终端
• 控制器的变化
  在单机中，控制器指的是 CPU 中的控制器，在分布式系统中，控制器主要的作用是协调或控制节点之间的动作和行为；比如硬件负载均衡器、LVS 软负载、规则服务器等
• 运算器
  在分布式系统中，运算器是由多个节点来组成的。运用多个节点的计算能力来协同完成整体的计算任务
• 存储器
  在分布式系统中，我们需要把承担存储功能的多个节点组织在一起，组成一个整体的存储器；比如数据库、redis（key-value 存储）

2.分布式系统的难点

毫无疑问，分布式系统对于集中式系统而言，在实现上会复杂。分布式系统将会是更难理解、设计、构建 和管理的，同时意味着应用程序的根源问题更难发现。

• 三态
  在集中式架构中，我们调用一个接口返回的结果只有两种，成功或者失败，但是在分布式领域中，会出现“超时”这个状态。

• 分布式事务
  这是一个老生常谈的问题，我们都知道事务就是一些列操作的原子性保证，在单机的情况下，我们能够依靠本机的数据库连接和组件轻易做到事务的控制，但是分布式情况下，业务原子性操作很可能是跨服务的，这样就导致了分布式事务，例如 A和 B 操作分别是不同服务下的同一个事务操作内的操作，A 调用 B，A 如果可以清楚的知道 B 是否成功提交从而控制自身的提交还是回滚操作，但是在分布式系统中调用会出现一个新状态就是超时，就是 A 无法知道 B 是成功还是失败，这个时候 A是提交本地事务还是回滚呢？其实这是一个很难的问题，如果强行保证事务一致性，可以采取分布式锁，但是那样会增加系统复杂度而且会增大系统的开销，而且事务跨越的服务越多，消耗的资源越大，性能越低，所以最好的解决方案就是避免分布式事务。还有一种解决方案就是重试机制，但是重试如果不是查询接口，必然涉及到数据库的变更，如果第一次调用成功但是没返回成功结果，那调用方第二次调用对调用方来说依然是重试，但是对于被调用方来说是重复调用，例如 A 向 B 转账，A-100,B + 100，这样会导致 A 扣了 100，而 B 增加 200。这样的结果不是我们期望的，因此需在要写入的接口做幂等设计。多次调用和单次调用是一样的效果。通常可以设置一个唯一键，在写入的时候查询是否已经存在，避免重复写入。但是幂等设计的一个前提就是服务是高可用，否则无论怎么重试都不能调用返回一个明确的结果调用方会一直等待，虽然可以限制重试的次数，但是这已经进入了异常状态了，甚至到了极端情况还是需要人肉补偿处理。其实根据 CAP 和 BASE 理论，不可能在高可用分布式情况下做到一致性，一般都是最终一致性保证。

• 负载均衡
  每个服务单独部署，为了达到高可用，每个服务至少是两台机器，因为互联网公司一般使用可靠性不是特别高的普通机器，长期运行宕机概率很高，所以两台机器能够大大降低服务不可用的可能性，大型项目会采用十几台甚至上百台来部署一个服务，这不仅是保证服务的高可用，更是提升服务的 QPS，但是这样又带来一个问题，一个请求过来到底路由到哪台机器？路由算法很多，有 DNS 路由，如果 session 在本机，还会根据用户 id 或则 cookie 等信息路由到固定的机器，当然现在应用服务器为了扩展的方便都会设计为无状态的，session 会保存到专有的 session 服务器，所以不会涉及到拿不到 session 问题。那路由规则是随机获取么？这是一个方法，但是据我所知，实际情况肯定比这个复杂，在一定范围内随机，但是在大的范围也会分为很多个域，例如如果为了保证异地多活的多机房，夸机房调用的开销太大，肯定会优先选择同机房的服务，这个要参考具体的机器分布来考虑.

• 一致性
数据被分散或者复制到不同的机器上，如何保证各台主机之间的数据的一致性将成为一个难点。

• 故障的独立性
分布式系统由多个节点组成，整个分布式系统完全出问题的概率是存在的，但是在时间中出现更多的是某个节点出问题，其他节点都没问题。这种情况下我们实现分布式系统时需要考虑得更加全面些