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垂直扩展
定义
垂直扩展Vertical Scaling也称为纵向扩展或向上扩展Scale Up是指通过增加单个服务器的资源来提高系统性能和处理能力。具体来说垂直扩展涉及到增加服务器的 CPU、内存、存储等硬件资源使其能够处理更多的负载和更高的工作量。
如下图展示了 CPU、内存、存储的扩展 升级 CPU将服务器的处理器更换为功能更强大的处理器。增加 RAM添加更多内存以处理更大的数据集并减少对较慢存储的依赖。增强存储切换到更快的存储如 SSD或增加整体存储容量。
比如CPU: 4核 内存: 16GB 存储: 500GB 升级成 CPU: 16核 内存: 64GB 存储: 2TB
优点 整理了一份面试笔记包括了Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafka 面试专题 需要全套面试笔记的【点击此处即可】即可免费获取 垂直扩展的优点主要包含以下几点
简单垂直扩展的实现相对简单因为它不需要更改应用程序体系结构。更低的延迟由于所有资源都位于一台机器上因此垂直扩展可以消除对服务器间通信的需求从而降低延迟。降低软件成本在初始阶段垂直扩展可能比水平扩展更具成本效益尤其是在处理需求适度增长时。无需重大代码更改通常几乎不需要对应用程序的代码库进行调整。
缺点
垂直扩展的缺点主要包含以下几点
硬件限制单台服务器的硬件资源有上限最终会达到物理扩展的极限。单点故障由于所有资源都在一台服务器上任何硬件故障都可能使整个系统瘫痪。停机时间升级硬件通常需要使服务器脱机这可能是一个明显的缺点。成本增加随着规模的扩展具有强大 CPU和大量 RAM的高端服务器可能会变得非常昂贵。
水平扩展
定义
水平扩展Horizontal Scaling也称为横向扩展或向外扩展Scale Out是指通过增加更多的服务器或节点来提高系统性能和处理能力而不是通过增加单个服务器的硬件资源来提升性能。水平扩展通常用于分布式系统和云计算环境中通过增加服务器数量来分散负载从而提高系统的整体处理能力和可靠性。
如下图展示了水平扩展 优点
水平扩展的优点主要包含以下几点
近乎无限的可扩展性只要您的架构支持您就可以继续添加节点从而能够处理更大的负载。改进的容错能力一个节点的故障不会导致整个系统瘫痪从而最大限度地减少停机时间。成本效益水平扩展可能更具成本效益因为它使用商用硬件而不是昂贵的高端服务器。
缺点
水平扩展的缺点主要包含以下几点
复杂性将应用程序分布在多个服务器上会带来数据一致性、负载平衡和服务器间通信方面的复杂性。延迟增加与单台计算机相比服务器之间的通信可能会引入额外的延迟。成本由于基础设施的复杂性初始设置和维护成本可能会更高。应用程序兼容性应用程序的代码可能需要调整才能在分布式环境中有效工作。
如何选择
考虑因素
在垂直扩展和水平扩展之间做出选择时我们通常需要考虑以下事项
成本分析初始硬件成本与长期运营费用。工作负载分析应用程序是受 CPU限制、内存受限还是其他因素限制复杂性在进行扩展时需要考虑扩展的复杂度是否牵涉到应用程序代码的改动等未来增长扩展预计会达到多大的规模
何时选择垂直扩展
一般来说垂直扩展非常适合以下方案
有限的可扩展性增长预测有限的中小型应用程序您的需求可以通过硬件升级轻松满足。遗留应用程序当组件之间存在紧密耦合时很难在多个服务器之间分发。低延迟当低延迟是一项关键要求并且服务器间通信开销是不可接受的。成本敏感型项目当预算不允许复杂的基础设施并且横向扩展的成本超过收益时例如在昂贵的软件许可证的情况下。
何时选择水平扩展
一般来说水平扩展非常适合以下情况
快速增长当经历快速增长并需要处理不断增长的流量的能力时。高可用性需求当应用程序需要高可用性和节点故障复原能力时。易于分发当应用程序可以轻松地分布在多个服务器上而无需进行重大修改时。微服务体系结构当应用程序围绕微服务进行设计时微服务自然适合水平扩展。成本效益当成本效益是优先事项时首选使用商品硬件。
总结
本文分析了垂直扩展和水平扩展以及他们的优缺点和使用场景垂直扩展更加关注的是机器硬件配置的提升而水平扩展关注更多的是机器数量在系统设计中这是最常见的 2种扩展方式。
垂直扩展和水平扩展如何选择在很大程度上取决于应用程序的特定需求、预期的增长规模、预算以及正常运行时间对业务的重要性不过在实际情况下通常都会使用两者的组合来优化系统性能和成本效益。
通过本文我们需要掌握在系统流量增加时如何通过扩展来应对流量同时也需要掌握在系统流量不高时如何动态缩减以减少成本。
