异地双活实践笔记

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-03-24 15:10 543阅读 0赞

最近恰好在搞异地双活，以下是一个梳理：

基本概念

1、异地容灾。这仅仅是一个冷备的概念。也就是在平时正常的时候，另外一个机房只是当做备份。

2、异地双（多）活。而异地双（多）活，却是指有两个或者多个可以同时对外服务的节点，任意一个点挂了，也可以迅速切换到其他节点对外服务，节点之间的数据做到准实时同步。

分类

根据是否需要数据同步大体分为三类：

1、必须同步型。（比如数据库）

2、无须同步型。比如缓存，仅仅是当做缓存，就可以这样做（这个有待商榷，其实缓存也需要同步的，严格来说的话）。

3、只能单活（对全局原子要求较高），不接受有一定时延的“不一致”窗口。

核心问题

数据同步、网络时延。

切换方式

1、自动切换。自动切换表现为当灾难来临时，程序内部可以自动识别出问题然后切换至可用机房。

2、手动切换。通过简单的配置，在几分钟或者一两小时内切换到另外的机房。

异地多活面临的挑战

1、切换问题。

切换问题不仅仅是灾难发生自动切换到好的机房，还有另外一个问题，就是灾难机房恢复能力后，如何再切换回去，切换回去的数据同步问题又是需要解决的。

2、跨机房流量问题。

跨机房的流量是花钱的。所以不是无限大的。控制跨机房消息体大小，越小越好。然而，很多时候要想保证数据同步是一件很耗费流量的事情。但跨机房流量真的是一座山。

既然跨机房流量有限制，而且不稳定。所以有一种解决方案就是不跨机房。既然不跨机房就要做用户分区，确保每个用户只能访问自己所在的区，这样至少能保证该用户自己的数据的完整。

3、所有的业务都适合做异地双活吗？

异地多活效果看起来很诱人，但如果不假思索贪大求全的要求所有业务都实现异地多活的话，就会把自己带到坑里去。

第一个原因是异地多活是有成本的，包括开发成本和维护成本。需要实现异地多活的业务越多，方案越复杂，投入的设计开发时间越多；同时维护成本也会越高，需要更多的机器，需要更多的带宽。

第二个原因是有的业务理论上就无法实现异地多活。典型的有“余额”和“库存”这两个业务。

以余额为例，假设我们实现了余额的异地多活业务，用户小明有10000块钱，在A机房给女友转账了5000块，还剩余5000块；如果此时A机房异常且数据还没同步到B机房，小明登录到B机房发现自己又有10000块了，小明感觉中彩票了，赶紧又转了10000块给女友，最后出现了小明只有10000块却转账了15000块的问题，对于和资金相关的业务，这样的问题是绝对无法容忍的，哪怕一个用户有问题都不行。

**所以，异地多活也不能保证所有业务都异地多活，在设计异地多活方案的时候，需要从业务和用户的角度出发，识别出核心和关键业务，明确哪些业务是必须实现异地多活，哪些是可以不实现异地多活，哪些是不能实现异地多活的。比如“登录”必须实现异地多活、“注册”和“修改用户信息”不一定要实现异地多活。**

4、冷备还是热备。冷备了以后，一直冷备，当真正出现问题，你还有勇气去切换到那个一直冷的机房吗？恐怕需要点勇气。

5、数据一致性问题。

解决方案：

（1）、守护进程同步。

（2）、客户端双写。

（3）、不去解决。不需要解决的前提是用户分区。分区后，从本质上说，其实是没有做到双活的。只是看起来一个业务确实被分到了多个机房而已。

6、读取问题。

这个相对来说要好解决一些，就是就近读取。

业务以及基础组件异地双活方案

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**业务实例异地双活**

业务实例的异地双活。这个相对来说要简单一些，只要做到无状态，再如果通过docker这些容器结束，基本上是相对来说容易一些。

**消息队列的异地双活**

rabbitmq 每个机房部署一套server，然后每个机房的业务使用各自机房的mq。通过haproxy自动映射到本机房的broker。topic同步，通过rest api读取到

配置文件，然后同步到另外一个机房的rabbitmq下。

具体restapi：

> http://17X.XXX.X.XXX:15672/api/definitions

以上只是同步了rabbitmq的元数据，而且是全量同步。

**消息同步问题：如果不同步会导致消息丢失。所以mq消息其实也是需要同步的。**

同步可以通过客户端双写，或者服务端复制。双写更加容易。

**Redis的异地双活**

Redis 的异地双活。就是分别在每个机房搭建一套Redis集群。 然后每个机房的业务都去访问各自机房的Redis集群。

但这样只是能保证基本的缓存能力。如果业务中涉及到一些全局的原子操作，那么这样的做法显然不能满足需求。

原因很简单，比如你使用redis incr自增命令：

a 机房 加1 后变为了1，b机房的业务也加1， 本来应该是2。结果由于各自都是访问了自己的redis，所以全局计数显然是有问题的。

怎么解决呢？就需要涉及到全局操作的业务，去单独的连接 一个全局的唯一的那个 redis集群，这个redis集群专门用于 业务的全局操作。

但这样的后果，就是会涉及到跨机房流量问题，因为这个全局的redis集群无论放在哪个机房，另外一个机房的业务要想访问都得跨机房。

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读取流程：

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写入流程：

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全局操作：

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**数据库的异地双活**

**canal：**

早期，阿里巴巴B2B公司因为存在杭州和美国双机房部署，存在跨机房同步的业务需求。不过早期的数据库同步业务，主要是基于trigger的方式获取增量变更，不过从2010年开始，阿里系公司开始逐步的尝试基于数据库的日志解析，获取增量变更进行同步，由此衍生出了增量订阅&消费的业务，从此开启了一段新纪元。

基于日志增量订阅&消费支持的业务：

1.  数据库镜像
2.  数据库实时备份
3.  多级索引 (卖家和买家各自分库索引)
4.  search build
5.  业务cache刷新
6.  价格变化等重要业务消息

**otter：**

阿里巴巴B2B公司，因为业务的特性，卖家主要集中在国内，买家主要集中在国外，所以衍生出了杭州和美国异地机房的需求，同时为了提升用户体验，整个机房的架构为双A，两边均可写，由此诞生了otter这样一个产品。

otter第一版本可追溯到04~05年，此次外部开源的版本为第4版，开发时间从2011年7月份一直持续到现在，目前阿里巴巴B2B内部的本地/异地机房的同步需求基本全上了otter4。

目前同步规模：

1.  同步数据量6亿
2.  文件同步1.5TB(2000w张图片)
3.  涉及200+个数据库实例之间的同步
4.  80+台机器的集群规模

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说明：

a. 数据涉及网络传输，S/E/T/L几个阶段会分散在2个或者更多Node节点上，多个Node之间通过zookeeper进行协同工作 (一般是Select和Extract在一个机房的Node，Transform/Load落在另一个机房的Node)

b. node节点可以有failover / loadBalancer. (每个机房的Node节点，都可以是集群，一台或者多台机器)

**Zookeeper异地双活**

先来点背景知识：

1、zookeeper中的server机器之间会组成leader/follower集群，1:n的关系。采用了paxos一致性算法保证了数据的一致性，就是leader/follower会采用通讯的方式进行投票来实现paxos。

2、zookeeper还支持一种observer模式，提供只读服务不参与投票，提升系统。

异地多活决定了我们需要进行跨机房操作，比如杭州，美国，香港，青岛等多个机房之间进行数据交互。

**跨机房之间对应的网络延迟都比较大，比如中美机房走海底光缆有ping操作200ms的延迟，杭州和青岛机房有70ms的延迟。**

为了提升系统的网络性能，在部署zookeeper网络时会在每个机房部署节点，多个机房之间再组成一个大的网络保证数据一致性。(zookeeper千万别再搞多个集群)。

最后的部署结构就会是：

*  杭州机房 >=3台 (构建leader/follower的zk集群)
 *  青岛机房 >=1台 (构建observer的zk集群)
 *  美国机房 >=1台 (构建observer的zk集群)
 *  香港机房 >=1台 (构建observer的zk集群)

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一句话概括就是： 在单个机房内组成一个投票集群，外围的机房都会是一个observer集群和投票集群进行数据交互。 这样部署的一些好处，大家可以细细体会一下。

针对这样的部署结构，我们就可以实现就近访问： 比如在美国机房的机器就去优先访问本机房的zk集群，访问不到后才去访问杭州机房。

默认在zookeeper3.3.3的实现中，认为所有的节点都是对等的。并没有对应的优先集群的概念，单个机器也没有对应的优先级的概念。

扩展代码：(比较暴力，采用反射的方式改变了zk client的集群列表)

*  先使用美国机房的集群ip初始化一次zk client
 *  通过反射方式，强制在初始化后的zk client中的server列表中又加入杭州机房的机器列表

Java代码

ZooKeeper zk = null;  
            try {
                zk = new ZooKeeper(cluster1, sessionTimeout, new AsyncWatcher() {
    
    public void asyncProcess(WatchedEvent event) {
          //do nothing   
          }
    
          });
          if (serveraddrs.size() > 1) {
          // 强制的声明accessible  
          ReflectionUtils.makeAccessible(clientCnxnField);
          ReflectionUtils.makeAccessible(serverAddrsField);
          // 添加第二组集群列表  
          for (int i = 1; i < serveraddrs.size(); i++) {
          String cluster = serveraddrs.get(i);
          // 强制获取zk中的地址信息  
          ClientCnxn cnxn = (ClientCnxn) ReflectionUtils.getField(clientCnxnField, zk);
          List<InetSocketAddress> serverAddrs = (List<InetSocketAddress>) ReflectionUtils
          .getField(serverAddrsField, cnxn);
          // 添加第二组集群列表  
          serverAddrs.addAll(buildServerAddrs(cluster));
          }
          }
          }

异地双活思维误区

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异步双活思维误区：

1、所有业务异地多活！

2、实时一致性。我要所有数据都同步！

3、只使用存储系统的同步功能！

4、我要保证业务100%可用！

5、所有用户异地多活

一句话谈“异地多活”

综合前面的分析，异地多活设计的理念可以总结为一句话：**采用多种手段，保证绝大部分用户的核心业务异地多活**！

选型时需要考虑的维度

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以下是方案选型时需要考虑的一些维度：

*  能否整业务迁移：如果机器资源不足，建议优先将一些体系独立的服务整体迁移，这样可以为核心服务节省出大量的机架资源。如果这样之后，机架资源仍然不足，再做异地多活部署。
 *  服务关联是否复杂：如果服务关联比较简单，则单元化、基于跨机房消息同步的解决方案都可以采用。不管哪种方式，关联的服务也都要做异地多活部署，以确保各个机房对关联业务的请求都落在本机房内。
 *  是否方便对用户分区：比如很多游戏类、邮箱类服务，由于用户可以很方便地分区，就非常适合单元化，而SNS类的产品因为关系公用等问题不太适合单元化。
 *  谨慎挑选第二机房：尽量挑选离主机房较近（网络延时在10ms以内）且专线质量好的机房做第二中心。这样大多数的小服务依赖问题都可以简化掉，可以集中精力处理核心业务的异地多活问题。同时，专线的成本占比也比较小。以北京为例，做异地多活建议选择天津、内蒙古、山西等地的机房。
 *  控制部署规模：在数据层自身支持跨机房服务之前，不建议部署超过两个的机房。因为异地两个机房，异地容灾的目的已经达成，且服务器规模足够大，各种配套的设施也会比较健全，运维成本也相对可控。当扩展到三个点之后，新机房基础设施磨合、运维决策的成本等都会大幅增加。
 *  消息同步服务化：建议扩展各自的消息服务，从中间件或者服务层面直接支持跨机房消息同步，将消息体大小控制在10k以下，跨机房消息同步的性能和成本都比较可控。机房间的数据一致性只通过消息同步服务解决，机房内部解决缓存等与消息的一致性问题。跨机房消息同步的核心点在于消息不能丢，微博由于使用的是MCQ，通过本地写远程读的方式，可以很方便的实现高效稳定的跨机房消息同步。

人们的总结以及经验

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1 、如果业务量不大，没必要做异地多活，因为异地多活需要的运维资源成本、开发成本都非常高； 2 、注意机房间的延时问题，延时大的可能达到100ms以上，如果业务需要多次跨机房请求应用的话，延迟的问题会彻底放大； 3 、跨机房的专线很大概率会出问题，要做好运维或者程序层面的容错； 4 、不能依赖MySQL双写，必须有适应自身业务的跨机房消息同步方案； 5 、MySQL或者其他存储的数据同步问题，在高延时和较差的网络质量的情况下，考虑如何保证同步质量； 6、 考虑使用docker等容器虚拟化技术，提高动态调度能力；

7、Devops流程配套。devops要支持推送到两个机房。

真实的异地双活案例

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真实的异地双活案例：

> 5.27日下午17时许，支付宝被反映故障;18时许，支付宝通过官方微博给出回应，解释是因为电信运营商光纤被挖断。19时许，支付宝服务恢复正常。22时许，支付宝官方微博正式回应复原了整个事件。 　　围绕整个事件有很多讨论，讨论的中心最主要的有两点：“为什么光纤被挖断，会造成整个机房瘫痪”、“为什么支付宝的业务恢复用了两个小时”。 　　其中，第一个问题，应该是电信运营商的光纤灾备出现问题。第二个焦点问题“为什么支付宝用了2个小时恢复了业务”，一堆所谓“业内人士”众说纷纭。其实，这应该是中国金融史上，首次完全意义的灾难成功切换案例。 　　在此之前，中国金融行业投入重金建设的灾备系统基本上有这么两类用武之地(一般来说，增建一个灾备数据中心的建设成本是单数据中心成本的1.1-1.2倍)： 　　1，计划内灾备切换演习，全副武装、如临大敌、不开一枪、全身而退。 　　2，因系统升级造成的被动灾备切换。 　　例如2013年闹得沸沸扬扬的某行DB2升级造成的系统回滚切换。万幸的是，这是发生在凌晨的系统升级故障，当时没有实时交易发生;某行也准备了各种应急预案，只是恢复的时间超出了计划，网点推迟了一个小时开业而已;而另一家西部的区域银行就没有这么强的科技实力了，同样是DB2升级失败，系统恢复时间用了37小时40分钟(37小时啊，吼吼，坐火车都到莫斯科了) 　　像支付宝这种突发情形下的灾备切换还真是头一遭，而且居然成功了。支付宝虽然运气差了点，但技术能力还真不是一般金融机构能拼的。 　　在支付宝微博答复中，有一个新名词——“异地多活”。在传统了灾备方案中，一般提的都是同城灾备、异地灾备、两地三中心。与传统的灾备技术相比，异地多活的特点是：在不同地点的数据中心都可以同时支持业务，而且每个地点发生的交易都是真实业务流量，而不是常见的一主一备，如果主中心没有问题，备份中心永远都是“备胎”。 　　这种多活数据中心的好处是：因为所有的数据中心都在支持交易，所以能节约IT成本;另外传统方式中备份系统都不在真实的交易活动状态，所以很难判断它的状态到底怎么样，在出现问题时，都不一定敢切过去。 　　大规模的“异地多活”，据说目前全球除了阿里能做到，也就Google和Facebook实现了，还是非金融类的业务。中国银行业，只有某国有大行在去年6月份实现了上海同城两个数据中心的双活，是“同城双活”，还没有实现“异地多活”，而且在灾难真正发生时，切换效果如何，还有待验证。 　　昨天是支付宝“异地双活”第一次真刀实枪的上战场，支付宝因为要满足金融行业的很多要求，特别是对交易一致性、数据完整性等方面的要求，目前还处于小范围试用阶段，没有全体上线，例如昨天杭州机房瘫痪后，有一部分流量跑在支付宝异地机房。因此，在昨天支付宝2小时整体恢复之前，并不是所有交易都停止的，并且基于“异地多活”技术，实现了这部分用户的无感知切换。 　　对另外没有通过“异地多活”技术切换的交易流量，支付宝选择了最稳妥的做法：首先进行了完整的数据校验，保证所有客户的客户信息、账户信息、资金信息、交易信息都是正确的，一切确认完成后，才重新“开门迎客”。这个过程耗时了一个多小时，不过相比较支付宝数亿客户所对应的校对数据量，这个时间还是可以接受的。 　　侧面印证切换效果的是：被挖断的光纤修到半夜才恢复，而支付宝的业务在晚间19点多恢复正常。 　　客观来讲，支付宝的这次表现，是一次说不上完美、但很成功的真实灾难切换，也是中国金融史上第一次在完全突发情形下，成功完成切换的真实案例。整个切换过程中，没有一条客户数据丢失，也体现了金融级的数据高可用要求，虽然切换的时间对用户来说长了点，但“就像是一次跳水，整体完成的质量很高，只是落水时水花没有压好，水花稍微大了点。” 　　估计经过这次折腾，支付宝全盘推进“异地多活”的速度会加快，可能在今年七八月份实现。

*部分内容整理自网络*

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