基于阿里云ECS 服務(wù)器的項(xiàng)目前端搭建及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

李曉宇，韓飛馳，黃文世，許光輝，任博文，曲中水*，李秋實(shí)

（1.哈爾濱理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾 濱150080；2.大慶市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，黑龍江 大慶 163711）

阿里云服務(wù)器（Elastic Compute Service，ECS）是一款高效、可靠的云計(jì)算服務(wù)，其可以為用戶帶來免硬件投入的服務(wù)器資源，使用起來更加便捷，同時(shí)也能夠幫助用戶構(gòu)建更加穩(wěn)定、安全的應(yīng)用，大大提高運(yùn)維效率，降低IT 成本。ECS 具有性能卓越、穩(wěn)定可靠、彈性擴(kuò)展的云計(jì)算特點(diǎn)。采用阿里云服務(wù)器ECS 作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，不僅可以有效降低成本，而且還能夠大大提升插座項(xiàng)目的運(yùn)行效率。

1 阿里云服務(wù)器ECS 的搭建

1.1 后端與阿里云ECS 服務(wù)器連接

使用阿里云ESC 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一臺(tái)Linux 系統(tǒng)（centOS7），可安裝MySQL，Tomcat，Redis，Zookeeper 和RabbitMQ，本地電腦通過遠(yuǎn)程連接（NaviCat、XShell）在輸入阿里云服務(wù)器公網(wǎng)IP 和端口，用戶名和密碼下即可與阿里云服務(wù)器連接（前提需在阿里云安全組中添加端口號、IP 和用戶信息）。在SpringBoot 中找到resource.yml，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接的相關(guān)配置（如url、username，password 等），如圖1 所示。

圖1 配置SringBoot 連接ECS 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫

其中server 字段表示程序開啟Tomcat 后網(wǎng)站登錄顯示的服務(wù)端口號，此端口號可以為任意號碼，一般默認(rèn)為8080，由于阿里云ECS 服務(wù)器部署了Tomcat后，其安全組中自帶Tomcat 的IP 地址為80，即網(wǎng)站HTTP 服務(wù)的端口，因此可通過程序配置對其進(jìn)行修改為8080/8081，或者在阿里云服務(wù)器中使用指令：“iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 80 -j REDIRECT --to-port 8080”實(shí)現(xiàn)對Tomcat 的IO 默認(rèn)端口進(jìn)行修改。Database 即為與數(shù)據(jù)庫連接地址，部署于阿里云中的程序數(shù)據(jù)庫，一般IP 地址為localhost：1663 即可，若使用服務(wù)器公網(wǎng)IP 加端口號，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫連接不上拋出異常錯(cuò)誤。

1.2 前端與后端連接

Ajax 是一種異步網(wǎng)絡(luò)請求處理技術(shù)，使用JavaScript 執(zhí)行，能夠在不跳轉(zhuǎn)、不刷新的狀況下，在網(wǎng)站后臺(tái)提供數(shù)據(jù)信息，并部分修改主頁信息內(nèi)容。其原理是利用XMLHttp 對象將前臺(tái)數(shù)據(jù)傳遞到后端，后端接受到申請后，將要求的結(jié)論傳回前臺(tái)，完成數(shù)據(jù)信息的來回傳送，而無需頁面的回發(fā)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率和可靠性。利用這種方式，我們能夠做到無刷新。

1.2.1 實(shí)現(xiàn)流程

請求XMLHttpRequest 對象，自動(dòng)打開請求地址并初始化信息，然后，發(fā)出請求信息，監(jiān)聽回調(diào)函數(shù)的運(yùn)行情況，最后接收服務(wù)器返回的應(yīng)答結(jié)論。

前端方面通過對操控對象設(shè)置IP 號，操控方式（GET/POST），后端使用注解（GetMapper（“IP”）或PostMapper（“IP”））方式，實(shí)現(xiàn)后端與前端的連接。若是返回另一頁面，則使用return“指定頁面.xml”進(jìn)行返回，若是返回?cái)?shù)據(jù)，則可通過ResultSeason 函數(shù)，將返回的主體進(jìn)行返回，實(shí)現(xiàn)后端數(shù)據(jù)向前端進(jìn)行傳遞，前端接收數(shù)據(jù)并顯示，以完成B/S 的基本框架。

1.2.2 Ajax 優(yōu)點(diǎn)

采用無刷新的頁面設(shè)計(jì)，可以有效地與服務(wù)器進(jìn)行通信，大大縮短客戶時(shí)間，提升體驗(yàn)。

采用異步技術(shù)與服務(wù)器進(jìn)行交互，可以大大提高響應(yīng)速度。

通過將原本主機(jī)上的任務(wù)遷移到服務(wù)器端，能夠利用服務(wù)器端的空閑資金，有效減少主機(jī)和服務(wù)的負(fù)荷，節(jié)儉空間和寬帶租用花費(fèi)。

1.2.3 數(shù)據(jù)可視化

ECharts 是一個(gè)開源的可視化庫，采用JavaScript完成，能夠在PC 和手機(jī)機(jī)器上順暢執(zhí)行，并且兼容當(dāng)前大多數(shù)網(wǎng)頁和瀏覽器（IE8/9/10/11、Chrome、Firefox、Safari 等），基本依靠矢量圖形庫[ZRender]，帶來直接、豐富多彩的交互體驗(yàn)，為用戶創(chuàng)造一種更加有效的數(shù)據(jù)可視化顯示方式，能夠根據(jù)個(gè)人需求定制的數(shù)據(jù)可視化圖表。

1.2.4 rem 適配

為了滿足各種頁面的需求，rem 適配方法被廣泛應(yīng)用。rem 是一種比較長度單位，能夠在各種寬度的顯示屏上按比例縮放，從而使根元件（即html 元素）的font-size 計(jì)算值得到相應(yīng)的倍率。通過調(diào)整html 的font-size，根據(jù)各個(gè)顯示屏的寬度，以相同的比率動(dòng)態(tài)調(diào)整，并將px 更換為rem，能夠有效地改變根元件的字體大小，從而達(dá)到良好的視覺效果，使用戶能夠獲得更加流暢的體驗(yàn)。

1.3 消息隊(duì)列RabbitMQ

項(xiàng)目的數(shù)據(jù)傳輸使用RabbitMQ 來進(jìn)行消息隊(duì)列和消息確認(rèn)機(jī)制[1]，RabbitMQ 的本質(zhì)如圖2 所示。

圖2 RabbitMQ 原理圖

RabbitMQ 即為一個(gè)中間代理，在生產(chǎn)者發(fā)布消息時(shí)，需經(jīng)過Exchange 交換機(jī)，然后根據(jù)自身的交換類型以及和Queue 的Binding Key 來決定消息的去向。RabbitMQ 采用TCP 的傳輸機(jī)制，即RabbitMQ 支持消息確認(rèn)ACK。

ACK 是一種客戶端反饋機(jī)制，其從RabbitMQ 收到消息并處理完成后，RabbitMQ 會(huì)根據(jù)消息的內(nèi)容和特征，將其從隊(duì)列中刪除，以確保消費(fèi)者能夠及時(shí)獲取服務(wù)器上的信息。如果消費(fèi)者因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等原因無法接收到ACK 反饋，RabbitMQ 會(huì)將其再次放入隊(duì)列中，并將其推發(fā)給其他上線的消費(fèi)者，以確保消費(fèi)者服務(wù)器故障時(shí)，能夠及時(shí)獲得有效的幫助和支持，沒有任何消息或任務(wù)被遺漏。

RabbitMQ 支持消息的持久化[2]，保證了當(dāng)Rabbit－MQ 在沒有客戶端訪問時(shí)因自動(dòng)關(guān)閉而導(dǎo)致原本消息內(nèi)容丟失。開啟方法為：

1）boolean durable = true；

2）channel.queueDeclare（“hello”，durable，false，false，null）；

除此之外，RabbitMQ 還支持負(fù)載均衡，我們使用prefetchcount=1 這個(gè)設(shè)置，其告訴RabbitMQ，不要一次將多個(gè)消息發(fā)送給同一個(gè)消費(fèi)者（即客戶端）。保證只有當(dāng)消費(fèi)者處理完成當(dāng)前消息并反饋后，才會(huì)收到另外一條消息或任務(wù)，避免負(fù)載不均衡（雖然阿里云ESC服務(wù)器自帶負(fù)載均衡，但是雙重的負(fù)載均衡可以二次保護(hù)系統(tǒng)，防止其崩潰）。

1.4 Redis 緩存

Spring Cache 是一種抽象的緩存類型，可以支撐多種類型的緩存，如Redis、EHCache 等，并且可以通過給出各種注解來精簡緩存的應(yīng)用，從而更好地支撐各種方式。Redis 有5 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別為string，list，set、hash、zset。zset 是一個(gè)廣泛應(yīng)用的有序列表，相似于Java 中的SortedSet 和HashMap，但其內(nèi)部體現(xiàn)運(yùn)用了一個(gè)更具復(fù)雜性的跳躍表構(gòu)造。這種構(gòu)造使用隨機(jī)策略，可以確定新元素能夠被分配到第幾層。Redis不僅擁有可靠的過期時(shí)間，而且還能夠根據(jù)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來設(shè)置過期時(shí)間，例如hash架構(gòu)的過期時(shí)間可能是某個(gè)hash 對象的過期，而不僅僅是某個(gè)子key 的過期[3]。

Redis 是一款開源的、采用C 語言的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，能夠以key-value 的方式儲(chǔ)存信息，這使得其能夠在內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)高性能的儲(chǔ)存，與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有著本質(zhì)的不同。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不僅僅是某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)方法的集合體，還必須遵循一些基本的要求，比如sql 標(biāo)準(zhǔn)、事務(wù)處理、表結(jié)構(gòu)等，以確保數(shù)據(jù)信息的安全性和可靠性。

Redis 的主要優(yōu)點(diǎn)在于：①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，具有極快的存取速度和強(qiáng)大的并發(fā)處理能力。②支持更多的value 類型，包括string、list、set、zset 以及哈希類型，這些類型可以更有效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。③Redis的存在，大大補(bǔ)充了Memcached 等key-value 數(shù)據(jù)庫的缺陷問題，在某些情況下，可以為關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如MySQL）提供有效的支持；④Redis 支持?jǐn)?shù)據(jù)集群，能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的主從一致和負(fù)荷平衡。主服務(wù)器能夠與任意數(shù)量的從服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而從服務(wù)器則能夠與其他主服務(wù)器進(jìn)行連接。

緩存對于數(shù)據(jù)庫而言是至關(guān)重要的，若大量緩存失效，那么所有的訪問均由數(shù)據(jù)庫承擔(dān)，此現(xiàn)象稱作雪崩。當(dāng)緩存失效時(shí)，會(huì)對底層系統(tǒng)造成巨大沖擊。為避免這種情況，許多系統(tǒng)都會(huì)采用加鎖或隊(duì)列請求的方法來確保數(shù)據(jù)庫不會(huì)被同時(shí)讀取。另一種簡單的方法是將緩存的過期日期分散開，比如說加入某個(gè)隨機(jī)值（1~5 min），以保證每個(gè)緩存的過期日期的重疊率大大降低。這樣一來可以有效地減少雪崩效應(yīng)對底層系統(tǒng)的沖擊，并確保數(shù)據(jù)庫的安全性。很難有任何集體失效的事件發(fā)生。枷鎖代碼如圖3 所示。

圖3 枷鎖排隊(duì)

Redis 緩存擊穿是一種常見的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)故障，它可能是由于存取的key 相應(yīng)的信息在Redis 中過期，導(dǎo)致大規(guī)模并發(fā)申請無法及時(shí)響應(yīng)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰。因此，為了避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)該采取有效的措施來防止Redis 緩存擊穿，以確保數(shù)據(jù)安全，一種常用的方法是采用mutex。這意味著，當(dāng)緩存失效時(shí)，不要立刻訪問數(shù)據(jù)庫，轉(zhuǎn)而利用緩存軟件中的一些功能（例如Redis 的SETNX 或Memcache 的ADD）來設(shè)置mutex key。返回值為true 時(shí)，就可以繼續(xù)使用緩存。

1.5 Zookeeper

Zookeeper 是一款開源的分布式程序協(xié)同業(yè)務(wù)，像航班調(diào)度員一樣幫助管理天空中各個(gè)航班的飛機(jī)。在Apache Hbase 和Apache Solr 的散布式集群中均用到了Zookeeper。Zookeeper 是HaDoop 項(xiàng)目的一種重要組成部分，他提供了一系列強(qiáng)大的功能，包括分配信息管理、名稱服務(wù)、分布式鎖定和集群信息管理等[4]。

Zookeeper 是一種分布式服務(wù)管理架構(gòu)，以觀察者模型為基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)和管理工作所有關(guān)注的信息，并接收觀察者的申請。如果上述信息發(fā)生，Zookeeper 將立即告知已登錄的觀察者，以便他們能夠作出適當(dāng)?shù)姆从常员銓?shí)施集群中Master/Slave 管理模式。如圖4 所示。

圖4 Zookeeper 結(jié)構(gòu)

Zookeeper 的特點(diǎn)：①Zookeeper 是一組由管理者和伴隨者構(gòu)成的群體，其中管理者負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)投票并做出決策，同時(shí)也會(huì)定期更新系統(tǒng)狀況；伴隨者則負(fù)責(zé)管理接受用戶請求，并將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給用戶，在選擇管理者的進(jìn)程中參加表決，以確保操作系統(tǒng)的有效運(yùn)行。②從同一個(gè)client 發(fā)出的更新請求應(yīng)當(dāng)按照其發(fā)送順序進(jìn)行處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。③實(shí)時(shí)性，client 可以在短時(shí)間內(nèi)獲取最新的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)束語

本文闡述了客戶端以及服務(wù)端連接阿里云ECS 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的主要方式，以及客戶端在操作服務(wù)器時(shí)所用到幾項(xiàng)技術(shù)。通過Navicat 的連接，RabbitMQ 的中間處理，Redis 緩存的查詢和負(fù)載均衡，json 格式的數(shù)據(jù)傳輸，http 前端經(jīng)過js 和Ajax[5]在Tomcat[6]的中間處理下與后端的連接，讓我們可以通過本地遠(yuǎn)程連接操控服務(wù)器的運(yùn)行，以及信息的處理，最后將項(xiàng)目程序成品壓縮成war 包放入服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行。