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新浪微博中的周期性爆发流量

| 作者 卫向军 关注 1 他的粉丝 发布于 2015年2月7日. 估计阅读时间: 7 分钟 | QCon上海2018 关注大数据平台技术选型、搭建、系统迁移和优化的经验。

【编者按】《博文共赏》是InfoQ中文站新推出的一个专栏,精选来自国内外技术社区和个人博客上的技术文章,让更多的读者朋友受益,本栏目转载的内容都经过原作者授权。文章推荐可以发送邮件到editors@cn.infoq.com

业务背景


最近,微博平台的群发业务增长迅速,一个月内业务量暴涨70%,出现两次负载过高报警,通过紧急扩容解决。仔细思索,这一类业务场景在移动互联网中非常普遍,值得深入探讨。

在微博通讯系统中,有两种常见的模式,一种是单点对单点的私信通讯方式,另一种是单点对多点的群发通讯方式,后面一种主要使用在粉丝服务平台。最近几年,通讯内容趋向于富媒体,包含图片、网络文章、音视频文件等,微博统一将各类资源抽象为卡片(Card),平台负责Card数据的存储与处理,前端和客户端根据不同的模板渲染Card。

微博服务号基本都是每天早上向所有粉丝推送一条消息,这就是群发场景,同一时段高并发的请求访问给后端系统带来巨大压力。

问题挑战

对于群发业务,增加缓存能挡住大多数的流量,但这里还有诸多挑战:

  • 缓存大小规划,如果所有内容都缓存,成本直线上升,虽然可以抗住峰值时段流量,但是非峰值时端,资源严重浪费。
  • 缓存资源有状态,很多Card并非完全是静态资源,根据请求参数不同返回数据不同。
  • 同一资源集中访问间隔时间非常短,经常维持在几分钟内,还有一个特点,5%的资源占据了80%以上的访问请求。

弹性计算or CDN?

问题一:能否使用云服务中的弹性计算解决?

如果业务爆发周期为一年中的某一季节或者某些节日,弹性计算可以较好地解决这个问题,如果业务爆发周期为一天中的某一时段,从运维管理层面来讲,弹性计算可实施性非常低。

问题二:能否使用CDN技术缓存Card资源?

Card资源为后台动态生成,有些Card是无状态的,有些是有状态的,CDN网络可以处理无状态的Card资源,对于有状态的,目前还没有成熟的CDN解决方案,同时Card资源的使用方式也与传统的CDN资源使用方式不太相同。

技术方案

针对这种每天粒度周期性爆发的业务模型,团队总结出三种技术方案。

方案一:针对业务的定制化方案

这种方案分析业务特点,提出解决方案,不具有通用性,目前平台的Card服务使用方包含各个端的Feed组以及通信系统,而周期性爆发流量,目前仅有通讯系统中的群发和群聊会产生,针对这种情况,Card Service改进点:

  • 区分有状态和无状态的Card请求,有状态的不缓存。
  • 无状态的Card请求,结合业务特点,判断是否是群发以及群聊业务。
  • 对于群发和群聊业务,将Card资源缓存在分布式缓存中。

分布式缓存有一个问题,虽然可以按照服务号水平分区在不同的节点,克服缓存容量问题,但是不能处理瞬时的千万级流量高峰,这种情况需要在每台前端机上做本地缓存,大小受前端机内存大小限制,我们根据业务特点进一步做优化, 对于群发和群聊业务,使用L1本地缓存和L2分布式缓存。

  • L1本地缓存处理服务号粉丝规模超过20万的,通过众多的前端处理机L1缓存抗峰值。
  • L2分布式缓存处理粉丝规模较小的服务号,处理从L1缓存穿透过来的访问。

方案二:简单的数据挖掘策略

通用方案基于实时的流量统计分析,运用数据挖掘算法,统计出资源请求中最频繁的K个,同时本地缓存大小不能太大,计算性能要求也较高,方案二将高频资源请求检测模块放在前端机本地缓存,使用类蓄水池采样算法,适合微博的群发场景。

这里介绍一下蓄水池问题:在不知道文件总行数的情况下,如何从文件中随机的抽取一行?

首先想到的是我们做过类似的题目吗?当然,在知道文件行数的情况下,我们可以很容易的用C运行库的rand函数随机的获得一个行数,从而随机的取出一行,但是,当前的情况是不知道行数,这样如何求呢?我们需要一个概念来帮助我们做出猜想,来使得对每一行取出的概率相等,也即随机。

有了这个概念,我们便有了这样一个解决方案:定义取出的行号为choice,第一次直接以第一行作为取出行 choice ,而后第二次以二分之一概率决定是否用第二行替换 choice ,第三次以三分之一的概率决定是否以第三行替换 choice ……,以此类推。这种方法的巧妙之处在于成功构造出一种方式,使得最后可以证明对每一行的取出概率都相等。

微博业务场景中的问题为长度为K的蓄水池,当Card资源没有命中缓存时,资源以K/N的概率存储到缓存,其中K为蓄水池的长度,N为时间片内的平均访问量。

方案三:基于Spark集群的Top K资源请求

这是方案二的升级版,将高频资源请求检测模块从本地缓存迁移到Spark集群,通过其强大的数据处理能力,更精确更实时地统计Top K高频资源访问。

目前,工程领域已经涌现众多性能优越的Top K算法,有基于计数的Sticky Sampling算法,也有空间使用率很低的Space Saving算法(思路和蓄水池有一点像,都是概率替换),还有使用Bloom Filter数据结构的算法,这些算法作用于Spark集群,理论上效果比方案二更好,但是消耗的资源更多。

总之,文中的三种方案没有好坏之分,应该结合公司业务特点,选择最适合的。

本文首发于“微博平台架构”微信公众号,发布时有少量的文字润色和调整。

关于作者

卫向军@卫向军_微博),毕业于北京邮电大学,现任微博平台架构师,先后在微软、金山云、新浪微博从事技术研发工作,专注于系统架构设计、音视频通讯系统、分布式文件系统和数据挖掘等领域。


感谢臧秀涛对本文的审校。

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