物联网项目-服务端架构优化分析

一、概述
对于互联网项目，服务端的压力总的归纳起来通常为以下两个方面：

1.     数据处理
1.1 接受请求的能力
1.2 处理请求的能力（响应时间）
 
2.     数据存储
2.1 物理介质存储容量上限
2.2 大量数据的存储，影响数据处理速度
 
二、物联网项目特点

网络环境复杂
由于硬件设备的参与，且硬件有联网功能，所以网络情况更加复杂。多种客户端的出现，也导致系统架构也会相对复杂。

高可用
软件系统应提供7 * 24小时不间断服务。服务器一旦宕机，可能会影响用户使用，甚至数据丢失。

高并发、大流量
硬件设备通常需要定时或实时发送信息到服务端，当硬件设备数量达到一定程度，会需要很大的并发处理能力。

海量数据
客户端硬件设备发送信息到服务器的频率较高，所以很容易形成海量的数据信息。如果存储、管理这些海量数据也成为一个技术难点。

安全环境
由于物联网项目一般都需要硬件设备能够访问互联网，则服务器提供的服务也暴露于公网，使得服务器的安全风险相对更高。

需求变化快，发布频繁
如该项目还具有互联网项目的特点，则为了快速适应市场，满足用户需求，软件更新、发布频率必然非常高。
 
二、优化分析（都是资源惹的祸）

几个关键字：分离、拆分、集群、缓存、异步、冗余

1、分离

应用与数据（包括数据库和文件服务）分离；数据读写分离；前后端分离（web系统）

2、拆分

业务拆分，将项目的各个模块（如：用户、订单、商品等）拆分为单独的子项目。（分布式服务、分布式数据库、分布式文件系统本质上就是拆分）

3、集群

同一个功能（应用或服务）运行、部署在多台服务器上，以达到改善此功能的性能的目的（集群也是一种冗余）。

4、缓存

根据二八定律，80%的业务访问集中才20%的数据上。将这些高频访问的数据缓存在内存中，将大大提供系统性能。包括：数据缓存、文件缓存（CDN）

5、异步

有些操作比较耗时，却不需要理解返回结果的业务，可以使用异步方式来处理，减少系统资源占用和阻塞时间。

6、冗余

为了系统提供服务的持续性（7*24小时），或数据避免丢失的风险。一个服务运行在多台服务器上、相同的数据存储在多个物理介质。

三、示例目业务情况分析及预估

根据示例项目的业务情况，服务器的压力主要来自用户的行为数据上报，即设备端上报的用户行为数据或设备信息，当设备数量多时，会对服务器接收数据和存储数据的能力带来压力。

用户数量预估

假设设备数量为 15万。根据二八定律预估DAU（日活跃用户数）为3万。

设备产生的行为数据

如果平均每个设备每天工作30分钟，每天产生300条左右的记录。3w设备每天产生900w条数据。

四、架构设计方案

关键字：分布式、缓存、大数据存储

 

说明：

服务端采用微服务的设计、开发方式，分布式的部署。各个模块可以作为独立应用，即高内聚，模块之间通过RPC进行通讯调用，即低耦合。各个子模块可分开独立部署，具有很高的横向扩展能力，提高了请求的并发处理能力和数据处理能力。

网关、注册中心/配置中心、业务服务都采用多节点部署方式，保证容灾的情况下提升了系统性能。

微服务监控中心每隔几分钟就会多各个微服务进行扫描探测，检测服务存活状态，如发现服务状态异常，则会发送短信报警。

数据库根据业务情况进行了拆分，每个业务模块独立使用一个数据库实例，分散（拆分）了整个系统对数据库的资源占用。数据库使用读写分离技术，进一步降低数据库压力。

使用Redis作为数据缓存，对于查询较多的“热数据”进行缓存处理，减少了数据库的压力。

因使用了分布式的部署方式，各个模块的应用日志分布在各个服务器上，所以使用日志收集组件，将各个服务器上的日志信息收集到一处，统一查看和归档管理。

为应对硬件设备产生的海量数据，使用Hbase和Clickhouse进行存储

附：

Hbase介绍：

传统的关系型数据库对数据规模有一定的限制，如果数据规模超过一定的量级，数据库性能会有明显下降，这时通常就需要进行分库分表等操作。分库分表增加了数据库设计和软件设计的复杂程度。但是如果数据量级再往上涨，存储的复杂度和软件系统的复杂程度就会直线上升，对于后期的数据库和软件系统的维护带来很大负担。

HBase是一个高可靠、高性能、面向列、可伸缩的分布的，基于Hadoop的面向列的NoSQL数据库，可以提供实时计算的分布式数据库。提供了对大规模数据的随机、实时读写访问。HBase 的目标是存储并处理大型的数据，也就是仅用普通的硬件配置，就能够处理上千亿的行和几百万的列所组成的超大型数据库。

特点：

• 不支持join等复杂操作
• 不支持复杂事务
• 不存在复杂的表与表之间的关系，只有简单的插入、查询、删除、清空等
• 单表可以是10亿行，上百万列
• ......

ClickHouse简介：

ClickHouse是俄罗斯一家公司开源的一个极具"战斗力"的实时数据分析数据库，是面向 OLAP（在线分析处理） 的分布式列式数据看系统。轻量级，且不依赖于其他组件。

特点：

• 快
• 关系型、支持SQL
• 高性能、高可用
• 数据量级在PB级别
• 分布式
• ......

适用场景主要有以下几类：日志数据的行为分析（大数据分析），标签画像的分析，数据集市层分析；还可作为存储引擎集成在了产品内部，应用于知识图谱作为本体数据存储，及标签数据的存储引擎等。

 

总结

以上是生活随笔为你收集整理的物联网项目-服务端架构优化分析的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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