如何設計可擴展WEB應用程式？

可擴展性是WEB應用程式成功的最關鍵條件之一。在本文中，我們將告訴您在開發過程中要注意什麼才能滿足可擴展性原則：什麼會限制可持續和可擴展的WEB應用程式的結構；哪些技術體現了擴展到生活的理念；如何開發一款能夠承受訪問者在成功浪潮中的湧入，並在任何開發和運營階段輕鬆轉移功能擴展的應用程式。

從哪裡開始可擴展的開發？為了更好地理解基本原理並突出這種方法的優勢，我們將介紹各種相關概念、應用程式架構類型和流行框架。

 

為什麼需要可擴展性？

看一線公司的網站，我們並不總是意識到他們要承受什麼樣的工作量。我們也沒有考慮高生產力和可用性對公司成功的重要性。

因此，當新人開始建立自己的第一個網站時，他們並不知道以後可能會遇到的一些問題：

 

訪問者數量的增加會降低WEB應用程式的性能；產品範圍的擴展會對頁面加載時間產生負面影響；更新電子商務商店的庫存成為問題；更改原始碼結構變得危險且過於複雜；添加新產品或服務需要花費太多時間和成本，並且執行 A/B 測試的可能性降低。結果，如果問題沒有得到解決，企業就會浪費時間和機會，並且限制仍然存在。

 

是不是所有網站都難免會遇到這樣的問題？在某種程度上，他們中的大多數人都遇到過這樣的問題。但是，它們的複雜程度取決於WEB應用程式從一開始就設計得有多好。規模化發展並不是一種特殊的發展。它是一組原則和技術，可幫助您按照高標準設計應用程式。

 

通過遵守應用程式設置的特定規則，您將能夠：

1.減少頁面加載時間、錯誤數量、實施更改的時間以及更新站點的成本；

2.改善用戶體驗；

3.延長所提供服務或產品的生命周期；

因此，提高銷售額和品牌忠誠度。

 

什麼是可擴展性？

網站可擴展性定義是系統、網絡或進程在添加資源（通常是硬體）時應對工作負載增加的能力。可擴展性可以通過系統性能增加與所用資源增加的比率來評估。此外，可擴展性意味著能夠在保持中央節點結構完整的同時添加額外資源。在可擴展性較差的系統中，增加資源只會帶來性能的小幅提升，達到一定閾值後，增加資源根本沒有任何效果。

除了可擴展性之外，還有許多相關概念可以幫助更好地理解問題。其中之一是可恢復性。可恢復性是系統在發生故障後恢復其可操作性的能力。它與飽和點的概念密切相關。甲飽和點是在一定程度上在該系統開始故障的負荷強度。系統運行中不合理的跳躍通常會導致失敗。

在正常情況下，程序的性能隨負載成比例變化，負載逐漸增加。如果在某個時候，可預測的增長被異常跳躍所取代，飽和點已經達到。旨在確定這一點的測試稱為加速測試。它有助於確定WEB應用程式的可靠性和可擴展性，以及識別破壞整個系統有效運行的系統瓶頸。

 

哪些特性影響WEB應用程式的可擴展性？

結構。這是應用程式可擴展性最重要的部分之一。

框架負載。有時可擴展性受限於框架，因此它的選擇會隨著功能的增加而影響應用程式的性能。

可持續設計。原始碼質量也顯著影響可擴展性。

可持續負載測試。通過適當的負載和性能測試，您將能夠找到並消除應用程式的瓶頸並確保其平穩增長。

硬體限制。如您所見，不僅軟體會影響可擴展性。

第三方組件集成。它是操作中出現瓶頸和故障的最普遍原因。

 

可擴展的應用架構

我們剛剛發現應用程式架構在可擴展性方面有很大的不同。現在，讓我們詳細了解如何設計可擴展的應用程式。

 

前端與後端

前端是用戶直接與之互動的WEB應用程式的可見部分。

在軟體配置中，硬體和最終用戶之間可能存在很多層次。它們中的每一個也可以有一個前端和一個後端。

前端是提供用戶界面的抽象。例如，打開瀏覽器的新標籤頁，輸入某個網站的地址，然後按回車鍵。該網站應立即加載。一個設計良好的頁面模板是可以理解的，視覺組件令人印象深刻，簡單且易於導航。但是，除了易於使用之外，設計合理的前端還有助於避免將來出現可擴展性問題。

後端代表伺服器上發生的一切。它解釋用戶在前端所做的一切，必要時將其傳達給資料庫，並將響應發送回瀏覽器。這部分占整個原始碼的80%，對整個應用程式的性能影響最大。Backend負責頁面上的動態流程和數據存儲管理，這使得它更容易出現瓶頸。後端可以使用任何多功能程式語言構建，如Javascript、Python、Ruby、C#等。

 

多層可擴展的WEB應用程式架構

多層模型是一種軟體模型，它應該包含三個組件：客戶端、客戶端應用程式連接到的應用程式伺服器以及運行應用程式的資料庫伺服器。

這種應用程式的每一層都應該只執行最基本的功能，從而大大提高性能和可擴展性。

多層架構是要實現兩個基本原則：

最小化客戶端組件的功能，讓客戶端只保留用戶界面的功能；最大限度地簡化和統一客戶端軟體；

從不應運行的函數中卸載資料庫伺服器。

這種架構更智能地分布處理模塊，在這種情況下，處理模塊在一個或多個單獨的伺服器上執行。

這些軟體模塊為與用戶的接口和資料庫伺服器的客戶端執行伺服器功能。此外，不同的應用伺服器可以相互互動，更準確地將系統劃分為具有特定角色的功能塊。

 

垂直與水平縮放

垂直擴展意味著每個系統組件的性能增加以提高整體性能。在這種情況下，可擴展性意味著隨著需求的增長和技術的發展，能夠用更強大、更快的組件替換現有計算系統的組件。這是最簡單的擴展方法，因為它不需要對在此類系統上運行的應用程式進行任何更改。

 

水平擴展是指將系統分成更小的結構組件，將其分隔在各個物理機器上，並增加同時執行相同功能的伺服器數量。在這種情況下，可擴展性是向系統添加新節點、伺服器和處理器以提高整體性能的能力。這種擴展方法可能需要對程序進行更改，以便它們充分利用增加的資源量。

 

可擴展的WEB應用程式原則

因此，當您問自己如何構建可擴展的WEB應用程式時，請確保以下原則構成其基礎。

1.流暢的表現

除了可用性之外，應用程式還應該具有高性能。否則，您可能會面臨客戶的不良反應並降低網站在搜尋結果中的位置，谷歌對此類網站的索引更糟。

2. 持續可用性

對於公司而言，他們的WEB應用程式始終可用是至關重要的。它變得無法訪問的每一分鐘都會對公司的利潤和聲譽造成重大損害。對於 SaaS 和雲解決方案，確保對服務的終身訪問中斷至關重要。因此，有必要在一天中的任何時間從用戶可以申請服務的任何地方訪問可擴展的網站。

3. 快速數據檢索

處理數據通常涉及許多性能問題。事實上，第三方技術通常用於存儲和訪問數據，它們的集成是一項棘手的任務。在主應用部分和資料庫服務的交界處，你經常會發現瓶頸。你的責任是在你的項目中避免這個問題。

4. 故障溯源

系統必須易於操作、維護和更新。此外，在產品運行階段可能已經出現的所有問題都應該易於追蹤和糾正。通過適當地構建應用程式並將其分割成相對獨立的部分，可以獲得良好的結果。

5.實時響應

當然，您在線申請的速度很重要。它不僅涉及存儲上的數據檢索或整體性能，還涉及操作和響應的速度。無論您的應用程式多麼有用，您都只有幾秒鐘的時間來滿足客戶的需求。如果你不保持在這個時間內，客戶就會轉而去找競爭對手。

 

可擴展的設計方法和策略

在網站上開發和設計可擴展的應用程式時，以下技術將對您有所幫助：

 

獨立功能和節點功能

這裡我們指的是面向服務的架構 (SOA)，其中每個服務都有其功能上下文，不應影響其他服務。應用程式的每個部分都應處理其業務並與其他服務相關聯。

 

重點不是開發的速度和簡單性，而是結構的完整性，這將在未來節省大量旨在維護舊結構的時間和精力。因此，問題將很快被隔離；一個功能的問題不會影響其他功能；在成長過程中，功能之間將沒有競爭力等。同樣的問題也涉及應用程式的節點。

 

負載均衡器

負載均衡器對於可擴展的WEB應用程式至關重要，因為它們在同時連接的數量增加時分配負載，將連接分配到節點。由於節點的增加，它可以提高服務性能。負載均衡器將根據已設置的標準分配負載。您可以使用多個負載均衡器來處理複雜的系統。與負載平衡器同時應用的緩存和 cookie 將有助於消除同一請求者在後續訪問期間可能以不同方式路由的問題。

 

緩存

有幾種方法可以加速請求檢索。緩存是最普遍的解決方案，它不會損害但會增強您的平台。這個想法是之前以高頻率執行的查詢將以很高的概率再次執行。因此，我們可以創建一個小型存儲庫，以便快速訪問頻繁查詢的結果並縮短用戶響應的等待時間。

 

緩存用於應用程式的不同級別，但最好的方式是，它們體現在以下位置：

✓ 您可以在請求節點上插入緩存，使您的客戶幾乎可以立即檢索數據。您的應用程式擁有的節點越多，緩存就越多，因為每個節點都應該有自己的緩存。

✓ 如果需要為所有節點創建一個通用緩存，則使用全局緩存，從而避免多次未命中。

✓ 分布式緩存提供所有節點的數據片分布。越靠近用戶緩存的數據越多，檢索速度就越快。

 

代理

代理在擴展方面的主要優勢是多伺服器請求協調。它可以將多個相同的請求合併為一個，減少對資料庫磁碟的查詢。因此，響應時間和資料庫性能都會增加。

 

使用代理的最佳實踐是將它們與緩存相結合。在這種情況下，它們的使用估計是最大的。

 

索引

索引與數據檢索密切相關，以防它分散在物理設備中。它們允許在大量數據集中快速找到一小段信息，即使它分布在許多物理設備中。要實現快速搜尋，您可以使用基於數據所在位置的索引表。儘管查詢已添加到搜尋和表中，但由於索引，用戶將更快地收到響應。儘管這種方法有明顯的優勢，但隨著數據量的大幅增加，表格變得過於繁瑣。因此，請謹慎使用它們。

 

隊列

隨著WEB應用程式的增長，寫入和處理請求的過程可能會變得更慢。此外，還需要規範並發請求並處理大量請求。在這種情況下，異步執行一些查詢並將它們排隊是有意義的。它允許客戶端發出請求，接收該請求的確認，然後繼續進行其他工作，定期檢查。在常規情況下，客戶端被迫等待，而請求將被處理而不做其他工作。

大型查詢的最佳選擇是 Queue.js。這個簡單的 Javascript 功能將處理與應用程式可擴展性相關的眾多任務。

總結有關在WEB應用程式中構建可擴展性的所有信息，有幾個全局要點需要記住：

1.可擴展性是成功應用程式的基本特徵。如果您打算在未來發展您的業務並擴展系統，您需要提前處理擴展。

2.可擴展性有助於減少請求延遲、更新原始碼和庫存的時間、錯誤發生、降低應用程式價格、改善用戶體驗、增加銷售額並與客戶建立信任。

3.影響應用可擴展性的主要因素是不一致的應用架構、原始碼設計、測試、第三方組件集成以及框架和硬體限制。

4.您可以通過選擇現代WEB應用程式框架之一來提高應用程式的可擴展性，例如，Node.js 及其眾多組件可提高整體網站性能。

5.緩存、索引器、負載平衡器、隊列和代理等技術和功能的實現可以使您的網站更加穩定、可擴展，並且能夠無故障地處理高負載。

6.從廣義上講，可擴展的WEB應用程式設計不是一種單獨的開發類型，而是應該在項目設計階段充分考慮的一系列原則。