ES+Redis+MySQL，这个高可用架构设计太顶了！

心已赠人 2023-10-15 13:20 16阅读 0赞

**目录**

*  背景
 *  ES 高可用方案
 *  会员 Redis 缓存方案
 *  高可用会员主库方案
 *  异常会员关系治理
 *  展望：更精细化的流控和降级策略

**背景**

会员系统是一种基础系统，跟公司所有业务线的下单主流程密切相关。如果会员系统出故障，会导致用户无法下单，影响范围是全公司所有业务线。所以，会员系统必须保证高性能、高可用，提供稳定、高效的基础服务。

随着同程和艺龙两家公司的合并，越来越多的系统需要打通同程 APP、艺龙 APP、同程微信小程序、艺龙微信小程序等多平台会员体系。

例如微信小程序的交叉营销，用户买了一张火车票，此时想给他发酒店红包，这就需要查询该用户的统一会员关系。

因为火车票用的是同程会员体系，酒店用的是艺龙会员体系，只有查到对应的艺龙会员卡号后，才能将红包挂载到该会员账号。

除了上述讲的交叉营销，还有许多场景需要查询统一会员关系，例如订单中心、会员等级、里程、红包、常旅、实名，以及各类营销活动等等。

所以，会员系统的请求量越来越大，并发量越来越高，今年清明小长假的秒并发 tps 甚至超过 2 万多。

在如此大流量的冲击下，会员系统是如何做到高性能和高可用的呢？这就是本文着重要讲述的内容。

**ES 高可用方案**

**| ES 双中心主备集群架构**

同程和艺龙两家公司融合后，全平台所有体系的会员总量是十多亿。在这么大的数据体量下，业务线的查询维度也比较复杂。

有的业务线基于手机号，有的基于微信 unionid，也有的基于艺龙卡号等查询会员信息。

这么大的数据量，又有这么多的查询维度，基于此，我们选择 ES 用来存储统一会员关系。ES 集群在整个会员系统架构中非常重要，那么如何保证 ES 的高可用呢？

首先我们知道，ES 集群本身就是保证高可用的，如下图所示：

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当 ES 集群有一个节点宕机了，会将其他节点对应的 Replica Shard 升级为 Primary Shard，继续提供服务。

但即使是这样，还远远不够。例如 ES 集群都部署在机房 A，现在机房 A 突然断电了，怎么办？

例如服务器硬件故障，ES 集群大部分机器宕机了，怎么办？或者突然有个非常热门的抢购秒杀活动，带来了一波非常大的流量，直接把 ES 集群打死了，怎么办？面对这些情况，让运维兄弟冲到机房去解决？

这个非常不现实，因为会员系统直接影响全公司所有业务线的下单主流程，故障恢复的时间必须非常短，如果需要运维兄弟人工介入，那这个时间就太长了，是绝对不能容忍的。

那 ES 的高可用如何做呢？我们的方案是 ES 双中心主备集群架构。

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我们有两个机房，分别是机房 A 和机房 B。我们把 ES 主集群部署在机房 A，把 ES 备集群部署在机房 B。会员系统的读写都在 ES 主集群，通过 MQ 将数据同步到 ES 备集群。

此时，如果 ES 主集群崩了，通过统一配置，将会员系统的读写切到机房 B 的 ES 备集群上，这样即使 ES 主集群挂了，也能在很短的时间内实现故障转移，确保会员系统的稳定运行。

最后，等 ES 主集群故障恢复后，打开开关，将故障期间的数据同步到 ES 主集群，等数据同步一致后，再将会员系统的读写切到 ES 主集群。

**| ES 流量隔离三集群架构**

双中心 ES 主备集群做到这一步，感觉应该没啥大问题了，但去年的一次恐怖流量冲击让我们改变了想法。

那是一个节假日，某个业务上线了一个营销活动，在用户的一次请求中，循环 10 多次调用了会员系统，导致会员系统的 tps 暴涨，差点把 ES 集群打爆。

这件事让我们后怕不已，它让我们意识到，一定要对调用方进行优先级分类，实施更精细的隔离、熔断、降级、限流策略。

首先，我们梳理了所有调用方，分出两大类请求类型：

*  第一类是跟用户的下单主流程密切相关的请求，这类请求非常重要，应该高优先级保障。
 *  第二类是营销活动相关的，这类请求有个特点，他们的请求量很大，tps 很高，但不影响下单主流程。

基于此，我们又构建了一个 ES 集群，专门用来应对高 tps 的营销秒杀类请求，这样就跟 ES 主集群隔离开来，不会因为某个营销活动的流量冲击而影响用户的下单主流程。

如下图所示：

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**| ES 集群深度优化提升**

讲完了 ES 的双中心主备集群高可用架构，接下来我们深入讲解一下 ES 主集群的优化工作。

有一段时间，我们特别痛苦，就是每到饭点，ES 集群就开始报警，搞得每次吃饭都心慌慌的，生怕 ES 集群一个扛不住，就全公司炸锅了。

那为什么一到饭点就报警呢？因为流量比较大， 导致 ES 线程数飙高，cpu 直往上窜，查询耗时增加，并传导给所有调用方，导致更大范围的延时。那么如何解决这个问题呢？

通过深入 ES 集群，我们发现了以下几个问题：

*  **ES 负载不合理，热点问题严重。**ES 主集群一共有几十个节点，有的节点上部署的 shard 数偏多，有的节点部署的 shard 数很少，导致某些服务器的负载很高，每到流量高峰期，就经常预警。
 *  **ES 线程池的大小设置得太高，导致 cpu 飙高。**我们知道，设置 ES 的 threadpool，一般将线程数设置为服务器的 cpu 核数，即使 ES 的查询压力很大，需要增加线程数，那最好也不要超过“cpu core \* 3 / 2 + 1”。如果设置的线程数过多，会导致 cpu 在多个线程上下文之间频繁来回切换，浪费大量 cpu 资源。
 *  **shard 分配的内存太大，100g，导致查询变慢。**我们知道，ES 的索引要合理分配 shard 数，要控制一个 shard 的内存大小在 50g 以内。如果一个 shard 分配的内存过大，会导致查询变慢，耗时增加，严重拖累性能。
 *  **string 类型的字段设置了双字段，既是 text，又是 keyword，导致存储容量增大了一倍。**会员信息的查询不需要关联度打分，直接根据 keyword 查询就行，所以完全可以将 text 字段去掉，这样就能节省很大一部分存储空间，提升性能。
 *  **ES 查询，使用 filter，不使用 query。**因为 query 会对搜索结果进行相关度算分，比较耗 cpu，而会员信息的查询是不需要算分的，这部分的性能损耗完全可以避免。
 *  **节约 ES 算力，**将 ES 的搜索结果排序放在会员系统的 jvm 内存中进行。
 *  **增加 routing key。**我们知道，一次 ES 查询，会将请求分发给所有 shard，等所有shard返回结果后再聚合数据，最后将结果返回给调用方。如果我们事先已经知道数据分布在哪些 shard 上，那么就可以减少大量不必要的请求，提升查询性能。

经过以上优化，成果非常显著，ES 集群的 cpu 大幅下降，查询性能大幅提升。ES 集群的 cpu 使用率：

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会员系统的接口耗时：

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**会员 Redis 缓存方案**

一直以来，会员系统是不做缓存的，原因主要有两个：

*  第一个，前面讲的 ES 集群性能很好，秒并发 3 万多，99 线耗时 5 毫秒左右，已经足够应付各种棘手的场景。
 *  第二个，有的业务对会员的绑定关系要求实时一致，而会员是一个发展了 10 多年的老系统，是一个由好多接口、好多系统组成的分布式系统。

所以，只要有一个接口没有考虑到位，没有及时去更新缓存，就会导致脏数据，进而引发一系列的问题。

例如：用户在 APP 上看不到微信订单、APP 和微信的会员等级、里程等没合并、微信和 APP 无法交叉营销等等。

那后来为什么又要做缓存呢？是因为今年机票的盲盒活动，它带来的瞬时并发太高了。虽然会员系统安然无恙，但还是有点心有余悸，稳妥起见，最终还是决定实施缓存方案。

**| ES 近一秒延时导致的 Redis 缓存数据不一致问题的解决方案**

在做会员缓存方案的过程中，遇到一个 ES 引发的问题，该问题会导致缓存数据的不一致。

我们知道，ES 操作数据是近实时的，往 ES 新增一个 Document，此时立即去查，是查不到的，需要等待 1 秒后才能查询到。

如下图所示：

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ES 的近实时机制为什么会导致 Redis 缓存数据不一致呢？具体来讲，假设一个用户注销了自己的 APP 账号，此时需要更新 ES，删除 APP 账号和微信账号的绑定关系。而 ES 的数据更新是近实时的，也就是说，1 秒后你才能查询到更新后的数据。

而就在这 1 秒内，有个请求来查询该用户的会员绑定关系，它先到 Redis 缓存中查，发现没有，然后到 ES 查，查到了，但查到的是更新前的旧数据。

最后，该请求把查询到的旧数据更新到 Redis 缓存并返回。就这样，1 秒后，ES 中该用户的会员数据更新了，但 Redis 缓存的数据还是旧数据，导致了 Redis 缓存跟 ES 的数据不一致。

如下图所示：

![format_png 6][]

面对该问题，如何解决呢？我们的思路是，在更新 ES 数据时，加一个 2 秒的 Redis 分布式并发锁，为了保证缓存数据的一致性，接着再删除 Redis 中该会员的缓存数据。

如果此时有请求来查询数据，先获取分布式锁，发现该会员 ID 已经上锁了，说明 ES 刚刚更新的数据尚未生效，那么此时查询完数据后就不更新 Redis 缓存了，直接返回，这样就避免了缓存数据的不一致问题。

如下图所示：

![format_png 7][]

上述方案，乍一看似乎没什么问题了，但仔细分析，还是有可能导致缓存数据的不一致。

例如，在更新请求加分布式锁之前，恰好有一个查询请求获取分布式锁，而此时是没有锁的，所以它可以继续更新缓存。

但就在他更新缓存之前，线程 block 了，此时更新请求来了，加了分布式锁，并删除了缓存。当更新请求完成操作后，查询请求的线程活过来了，此时它再执行更新缓存，就把脏数据写到缓存中了。

发现没有？主要的问题症结就在于“删除缓存”和“更新缓存”发生了并发冲突，只要将它们互斥，就能解决问题。

如下图所示：

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实施了缓存方案后，经统计，缓存命中率 90%+，极大缓解了 ES 的压力，会员系统整体性能得到了很大提升。

**| Redis 双中心多集群架构**

接下来，我们看一下如何保障 Redis 集群的高可用。

如下图所示：

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关于 Redis 集群的高可用，我们采用了双中心多集群的模式。在机房 A 和机房 B 各部署一套 Redis 集群。

更新缓存数据时，双写，只有两个机房的 Redis 集群都写成功了，才返回成功。查询缓存数据时，机房内就近查询，降低延时。这样，即使机房 A 整体故障，机房 B 还能提供完整的会员服务。

**高可用会员主库方案**

上述讲到，全平台会员的绑定关系数据存在 ES，而会员的注册明细数据存在关系型数据库。

最早，会员使用的数据库是 SqlServer，直到有一天，DBA 找到我们说，单台 SqlServer 数据库已经存储了十多亿的会员数据，服务器已达到物理极限，不能再扩展了。按照现在的增长趋势，过不了多久，整个 SqlServer 数据库就崩了。

你想想，那是一种什么样的灾难场景：会员数据库崩了，会员系统就崩了；会员系统崩了，全公司所有业务线就崩了。想想就不寒而栗，酸爽无比，为此我们立刻开启了迁移 DB 的工作。

**| MySQL 双中心 Partition 集群方案**

经过调研，我们选择了双中心分库分表的 MySQL 集群方案，如下图所示：

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会员一共有十多亿的数据，我们把会员主库分了 1000 多个分片，平分到每个分片大概百万的量级，足够使用了。

MySQL 集群采用 1 主 3 从的架构，主库放在机房 A，从库放在机房 B，两个机房之间通过专线同步数据，延迟在 1 毫秒内。

会员系统通过 DBRoute 读写数据，写数据都路由到 master 节点所在的机房 A，读数据都路由到本地机房，就近访问，减少网络延迟。

这样，采用双中心的 MySQL 集群架构，极大提高了可用性，即使机房 A 整体都崩了，还可以将机房 B 的 Slave 升级为 Master，继续提供服务。

双中心 MySQL 集群搭建好后，我们进行了压测，测试下来，秒并发能达到 2 万多，平均耗时在 10 毫秒内，性能达标。

**| 会员主库平滑迁移方案**

接下来的工作，就是把会员系统的底层存储从 SqlServer 切到 MySQL 上，这是个风险极高的工作。

主要有以下几个难点：

*  会员系统是一刻都不能停机的，要在不停机的情况下完成 SqlServer 到 MySQL 的切换，就像是在给高速行驶的汽车换轮子。
 *  会员系统是由很多个系统和接口组成的，毕竟发展了 10 多年，由于历史原因，遗留了大量老接口，逻辑错综复杂。这么多系统，必须一个不落的全部梳理清楚，DAL 层代码必须重写，而且不能出任何问题，否则将是灾难性的。
 *  数据的迁移要做到无缝迁移，不仅是存量 10 多亿数据的迁移，实时产生的数据也要无缝同步到 MySQL。另外，除了要保障数据同步的实时性，还要保证数据的正确性，以及 SqlServer 和 MySQL 数据的一致性。

基于以上痛点，我们设计了“全量同步、增量同步、实时流量灰度切换”的技术方案。

首先，为了保证数据的无缝切换，采用实时双写的方案。因为业务逻辑的复杂，以及 SqlServer 和 MySQL 的技术差异性，在双写 MySQL 的过程中，不一定会写成功，而一旦写失败，就会导致 SqlServer 和 MySQL 的数据不一致，这是绝不允许的。

所以，我们采取的策略是，在试运行期间，主写 SqlServer，然后通过线程池异步写 MySQL，如果写失败了，重试三次，如果依然失败，则记日志，然后人工排查原因，解决后，继续双写，直到运行一段时间，没有双写失败的情况。

通过上述策略，可以确保在绝大部分情况下，双写操作的正确性和稳定性，即使在试运行期间出现了 SqlServer 和 MySQL 的数据不一致的情况，也可以基于 SqlServer 再次全量构建出 MySQL 的数据。

因为我们在设计双写策略时，会确保 SqlServer 一定能写成功，也就是说，SqlServer 中的数据是全量最完整、最正确的。

如下图所示：

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讲完了双写，接下来我们看一下“读数据”如何灰度。整体思路是，通过 A/B 平台逐步灰度流量，刚开始 100% 的流量读取 SqlServer 数据库，然后逐步切流量读取 MySQL 数据库，先 1%，如果没有问题，再逐步放流量，最终 100% 的流量都走 MySQL数据库。

在逐步灰度流量的过程中，需要有验证机制，只有验证没问题了，才能进一步放大流量。

那么这个验证机制如何实施呢？方案是，在一次查询请求里，通过异步线程，比较 SqlServer 和 MySQL 的查询结果是否一致，如果不一致，记日志，再人工检查不一致的原因，直到彻底解决不一致的问题后，再逐步灰度流量。

如下图所示：

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所以，整体的实施流程如下：

![99177f58fc4e024f36127e1228a80eb1.png][]

首先，在一个夜黑风高的深夜，流量最小的时候，完成 SqlServer 到 MySQL 数据库的全量数据同步。

接着，开启双写，此时，如果有用户注册，就会实时双写到两个数据库。那么，在全量同步和实时双写开启之间，两个数据库还相差这段时间的数据，所以需要再次增量同步，把数据补充完整，以防数据的不一致。

剩下的时间，就是各种日志监控，看双写是否有问题，看数据比对是否一致等等。

这段时间是耗时最长的，也是最容易发生问题的，如果有的问题比较严重，导致数据不一致了，就需要从头再来，再次基于 SqlServer 全量构建 MySQL 数据库，然后重新灰度流量。

直到最后，100% 的流量全部灰度到 MySQL，此时就大功告成了，下线灰度逻辑，所有读写都切到 MySQL 集群。

**| MySQL 和 ES 主备集群方案**

做到这一步，感觉会员主库应该没问题了，可 dal 组件的一次严重故障改变了我们的想法。

那次故障很恐怖，公司很多应用连接不上数据库了，创单量直线往下掉，这让我们意识到，即使数据库是好的，但 dal 组件异常，依然能让会员系统挂掉。

所以，我们再次异构了会员主库的数据源，双写数据到 ES，如下所示：

![fbbe1a912a1c3c5bd666a214ddb71da8.png][]

如果 dal 组件故障或 MySQL 数据库挂了，可以把读写切到 ES，等 MySQL 恢复了，再把数据同步到 MySQL，最后把读写再切回到 MySQL 数据库。

如下图所示：

![format_png 13][]

**异常会员关系治理**

会员系统不仅仅要保证系统的稳定和高可用，数据的精准和正确也同样重要。

举个例子，一个分布式并发故障，导致一名用户的 APP 账户绑定了别人的微信小程序账户，这将会带来非常恶劣的影响。

首先，一旦这两个账号绑定了，那么这两个用户下的酒店、机票、火车票订单是互相可以看到的。

你想想，别人能看到你订的酒店订单，你火不火，会不会投诉？除了能看到别人的订单，你还能操作订单。

例如，一个用户在 APP 的订单中心，看到了别人订的机票订单，他觉得不是自己的订单，就把订单取消了。

这将会带来非常严重的客诉，大家知道，机票退订费用是挺高的，这不仅影响了该用户的正常出行，还导致了比较大的经济损失，非常糟糕。

针对这些异常会员账号，我们进行了详细的梳理，通过非常复杂烧脑的逻辑识别出这些账号，并对会员接口进行了深度优化治理，在代码逻辑层堵住了相关漏洞，完成了异常会员的治理工作。

如下图所示：

![format_png 14][]

**展望：更精细化的流控和降级策略**

任何一个系统，都不能保证百分之一百不出问题，所以我们要有面向失败的设计，那就是更精细化的流控和降级策略。

**| 更精细化的流控策略**

热点控制。针对黑产刷单的场景，同一个会员 id 会有大量重复的请求，形成热点账号，当这些账号的访问超过设定阈值时，实施限流策略。

基于调用账号的流控规则。这个策略主要是防止调用方的代码 bug 导致的大流量。例如，调用方在一次用户请求中，循环很多次来调用会员接口，导致会员系统流量暴增很多倍。所以，要针对每个调用账号设置流控规则，当超过阈值时，实施限流策略。

**全局流控规则。**我们会员系统能抗下 tps 3 万多的秒并发请求量，如果此时，有个很恐怖的流量打过来，tps 高达 10 万，与其让这波流量把会员数据库、ES 全部打死，还不如把超过会员系统承受范围之外的流量快速失败，至少 tps 3 万内的会员请求能正常响应，不会让整个会员系统全部崩溃。

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**| 更精细化的降级策略**

**基于平均响应时间的降级。**会员接口也有依赖其他接口，当调用其他接口的平均响应时间超过阈值，进入准降级状态。

如果接下来 1s 内进入的请求，它们的平均响应时间都持续超过阈值，那么在接下的时间窗口内，自动地熔断。

基于异常数和异常比例的降级。当会员接口依赖的其他接口发生异常，如果 1 分钟内的异常数超过阈值，或者每秒异常总数占通过量的比值超过阈值，进入降级状态，在接下的时间窗口之内，自动熔断。

目前，我们最大的痛点是会员调用账号的治理。公司内，想要调用会员接口，必须申请一个调用账号，我们会记录该账号的使用场景，并设置流控、降级策略的规则。

但在实际使用的过程中，申请了该账号的同事，可能异动到其他部门了，此时他可能也会调用会员系统，为了省事，他不会再次申请会员账号，而是直接沿用以前的账号过来调用，这导致我们无法判断一个会员账号的具体使用场景是什么，也就无法实施更精细的流控和降级策略。

所以，接下来，我们将会对所有调用账号进行一个个的梳理，这是个非常庞大且繁琐的工作，但无路如何，硬着头皮也要做好。

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