构建容错软件系统的艺术

我们生活在一个由软件系统驱动的世界。它们已融入我们的日常生活，其持续、可靠的性能不再是奢侈品，而是必需品。企业现在比以往任何时候都更需要确保其系统保持可用性、可靠性和弹性。这种必要性是由满足客户和超越竞争对手的愿望推动的。实现这一目标的秘诀是什么？构建容错软件系统。

容错系统非常重要，因为它们有助于避免代价高昂的停机和收入损失。想象一下一家严重依赖交易平台来执行交易的金融机构。它无法承受平台在市场交易时间内离线的后果。如果这样做，该公司将面临损失数百万美元收入并损害其声誉的风险。然而，通过适当的容错策略和模式，即使发生故障，公司也可以确保平台的可用性。

在这篇博文中，我们将仔细研究大型科技公司和软件工程团队用来保持可用性的一些策略和模式。让我们开始吧！

容错系统的八个支柱

冗余和复制

它是构建容错软件系统最常见的策略之一。冗余涉及复制系统的关键组件并确保这些组件的多个实例可用。这种方法确保如果组件的一个实例发生故障，另一个实例可以接管。可以在系统的不同级别实现冗余，包括硬件、软件和数据。例如，硬件冗余涉及使用多个服务器或存储设备，而软件冗余涉及跨多个服务器复制应用程序实例。

负载均衡

负载均衡是构建容错软件系统的另一个关键且众所周知的策略。负载均衡涉及在多个服务器之间分配传入的网络流量，以确保没有任何一台服务器被淹没。这种方法可以确保如果一台服务器发生故障，流量可以自动重定向到另一台服务器，从而减少故障的影响。负载均衡可以使用硬件或软件解决方案来实现，并且通常与冗余和复制结合使用，以最大限度地提高系统的容错能力。

模块化

模块化涉及将系统分解为更小的、独立的组件或模块，以便可以独立开发、部署和维护。这种方法可以更轻松地识别和隔离故障，并且可以更快地从故障中恢复。微服务通过将系统分解为更小的、可以独立开发和部署的独立服务，进一步提高了模块化程度。这种方法通过最大限度地减少故障的影响并实现快速恢复，进一步提高了容错能力。

优雅降级

优雅降级是指设计一个系统，即使某些组件发生故障，也能继续运行（至少在基本层面上）。这种方法可确保系统保持可靠且可用，即使某些特性或功能暂时不可用。通过设计系统来检测故障并自动调整其行为以补偿故障，可以实现优雅的降级。例如，如果依赖第三方服务的功能不可用，Web 应用程序可能会显示页面的简化版本。

熔断

断路器是一种可用于防止系统中发生级联故障的设计模式。它涉及将对外部依赖项（例如数据库或 Web 服务）的调用包装在断路器中。断路器监视外部依赖项的运行状况，如果检测到故障，它会打开断路，防止进一步调用依赖项。这种方法允许系统在外部依赖失败的情况下正常降级，而不是崩溃。

快速失败

快速失败是一种涉及尽早检测故障并停止系统执行以防止进一步损坏的模式。这种方法可确保系统快速发生故障并防止更难以恢复的级联故障。可以通过在代码中添加断言或先决条件以在开发过程的早期检测错误来实现快速失败。设置适当的超时和截止时间可以用作快速失败的一种形式，系统终止需要很长时间才能完成的操作，从而防止对系统造成进一步的损坏。

重试

重试涉及自动重试已失败的操作，以期在后续尝试中能够成功。此方法对于暂时性故障（例如网络超时或临时服务不可用）非常有效。重试可以使用不同的算法来实现，例如指数退避，它会增加每次重试之间的延迟，以减少系统的负载。

限流

速率限制是一种涉及限制系统处理传入请求的速率的策略。这种方法可以防止过载，并确保系统可以处理突发流量而不会不堪重负。可以通过设置每秒或每分钟可以处理的请求数量限制来实现速率限制。此策略对于依赖外部 API 或有使用限制的服务的系统特别有用。

最后的想法

这并不是可用于提高系统可靠性和可用性的技术和方法的详尽列表。然而，上述模式为寻求提高软件系统弹性的开发人员提供了一个良好的起点。