单服务器模型

重点：只有一台Web服务器，所有的访问和数据处理都在这台服务器上处理。

用户访问过程：

1. 浏览器或客户端输入访问URL，一般是以域名形式进行访问。

2. DNS域名解析，拿到服务器的IP地址。

3. 根据IP地址访问服务器。

4. 服务器返回结果。

单服务器带数据库模型

重点：增加了一台单独的数据库服务器，用于缓解Web服务器上数据访问压力。一般使用关系型数据库，如MySQL。

关于垂直扩展与水平扩展

垂直扩展指增加单个服务器的处理能力，比如堆内存，堆CPU核心，堆SSD等。水平扩展指增加更多的服务器，通过负载均衡的手段将流量分布到各个服务器上，从而提高并发能力。

流量较小时，垂直扩展效果显著，且操作简单。但随着流量的增加，垂直扩展将很快触顶，因为硬件的机能是有上限的，不能无限叠加，这时只能寻求水平扩展。并且垂直扩展不具备容错（failover）和冗余（redundancy）能力，如果服务器挂了，整个系统也就不可用了。

增加负载均衡

重点：通过负载均衡将流量平均分布到一组服务器上，降低单个服务器的压力，并且使系统具备了容错能力。当两个服务器中的任何一个挂掉时，流量可以转发到另一台上，由此提高了可用性。

此方案下服务器一般位于内网中，需要使用反向代理才能让外面的设备访问到。

增加冗余数据库

重点：使用数据库复制（Database Replication）技术，增加数据层的并发能力和容错能力，提高可用性。

通常有一个主数据库，提供只写操作，有多个从数据库，提供只读操作。主从数据库之间通过数据库复制技术保证数据同步。

所有对数据的增加、删除、修改操作都发生在主数据库上，从数据库只负责同步主数据库的内容，然后提供查询功能，由于读的频率一般比写高很多，所以从数据库的数量一般要比主数据库多。

为提高可用性，当所有的从数据库都挂掉时，主数据库也可以临时提供查询功能，当主数据库挂掉时，可以将某个从数据库临时提升成主数据库。

阶段设计一

重点：增加了负载均衡和数据库复制。

增加缓存

缓存用于临时存储数据，避免每次访问都从数据库中查询。由于缓存往往速度比较快，对于一些使用，或是查询代价较高的数据，可以存储在缓存中，以提高响应速度。

缓存层

收到响应后，Web服务器首先查询缓存，看有没有对应的结果。如果有，则把缓存中的结果发给客户。如果没有，则查询数据库，并将查询的结果保存到缓存中，这样下次访问时就可以从缓存中取数据。

使用缓存要考虑以下几点：

1. 使用场景。缓存适用于读多写少的场景，并且由于缓存一般存储在内存里，关机时会丢失，所以不要用缓存做数据持久化。

2. 过期策略。删除过期数据，以节省内存。当过期时间设置得较小时，数据会被频繁加载，当过期时间设置得较大时，数据会积压。

3. 缓存一致性。保持缓存数据与持久存储的数据的一致性，做法是确保每次更新数据库时都同步更新缓存。

4. 容错。单个缓存结点容易造成单点故障（single point of failure, SPOF），为此，可以设置一组缓存结点，或是为单个结点超额配置一定比例的内存，以应对突发情况。

5. 淘汰策略。缓存满时，如何删除数据。常见的有LRU(least-recently-used), LFU(least-frequently-used), FIFO(first-in-first-out)。

CDN

地理分布不同的一组服务器构造成的网络，用于就近分发数据。CDN一般用于加速静态资源的加载，比如图片，视频，CSS/Javascript文件等。CDN也可以用于动态视频的加速，比如直播流量。

当用户向CDN请求数据时，CDN上的服务器首先判断当前有没有对应的数据，如果有则直接返回内容，如果没有，则向服务器请求数据，然后保存在CDN服务器上。一般使用HTTP头部的Time-to-Live字段来描述内容在CDN上的过期时间。

使用CDN时要考虑以下几点：

1. 成本。CDN网络一般是第三方服务商提供的，根据流量计算费用。CDN应该用来存储那些经常要使用的内容。

2. 过期策略。对于时间敏感的内容，如果过期时间太长，则有可能会过期，如果过期时间太短，则会频繁在CDN和服务器之间同步内容。

3. CDN应急策略。当CDN挂掉时，如何处理。一般来说，CDN挂掉后，客户端应该能检测到，并且将网络请求转发到原始服务器上。

4. 数据作废。当数据过期时，应当从CDN上删除数据。可以直接调用CDN提供的API来删除，或是对数据进行版本化处理，用新版本的数据替换旧版本的数据。

阶段设计二

重点：增加了缓存和CDN。静态文件存放在CDN上，数据层增加缓存。

无状态服务层

用于服务层水平扩展，将状态相关的数据（比如用户会话数据）从服务层中独立出来，用单独的服务器存储。集群中的其他服务器不保存会话状态，只提供服务。

Statefull架构

每个服务器都单独保存自己的用户会话数据，用户不能跨服务器访问，否则就要重新认证。

Statefull架构的关键是要保证用户每次都被导向同一个服务器，这一般在负载均衡服务器上通过粘性会话（sticky session）来实现。缺点是有额外开锁，不利于扩展，且不好应付服务器挂掉的情况。session）来实现。缺点是有额外开销，不利于扩展，且不好应付服务器挂掉的情况。

Stateless架构

所有服务器共享会话存储数据，这样用户的请求就可以被导向任何服务器进行处理。

阶段设计三

重点：服务层改为无状态设计，所有用户的会话数据通过单独的持久化数据库来存储。因为服务层为无状态数据，所以可以非常容易地根据流量实现自动扩展。