分布式系统101：10个必备模式解析

分布式系统的奥秘：10个必备模式详解

分布式锁：守护共享资源的卫士

在分布式系统中，多个进程或线程往往需要访问共享资源，而分布式锁就是确保它们不会同时访问的机制。就像交通信号灯，分布式锁防止多个进程同时拥堵在资源的十字路口，避免数据的不一致和混乱。

代码示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DistributedLock {

    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void acquireLock() {
        lock.lock();
    }

    public void releaseLock() {
        lock.unlock();
    }
}

分布式事务：跨越节点的原子性

分布式事务是跨越多个分布式节点的事务，它确保所有节点上的操作要么全部成功，要么全部失败。就好比团队合作，每个成员都尽职尽责，才能保证任务的圆满完成。

代码示例：

import javax.transaction.xa.XAException;
import javax.transaction.xa.XAResource;
import javax.transaction.xa.Xid;

public class DistributedTransaction {

    public void beginTransaction(Xid xid) throws XAException {
        // ...
    }

    public void commitTransaction(Xid xid) throws XAException {
        // ...
    }

    public void rollbackTransaction(Xid xid) throws XAException {
        // ...
    }
}

分布式缓存：加速数据访问，提升性能

分布式缓存将数据临时存储在内存中，就像高速公路旁的休息站，让数据能够快速地被访问。这减少了对后端数据库的压力，显著提升系统的性能。

代码示例：

import net.spy.memcached.MemcachedClient;

public class DistributedCache {

    private final MemcachedClient client = new MemcachedClient();

    public void set(String key, Object value) {
        client.set(key, 0, value);
    }

    public Object get(String key) {
        return client.get(key);
    }
}

分布式消息队列：异步通信的可靠桥梁

分布式消息队列用于存储和传递消息，就像邮局，负责将消息从一个系统传递到另一个系统，确保消息的可靠性和顺序性。

代码示例：

import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;

public class DistributedMessageQueue {

    private final Channel channel;

    public DistributedMessageQueue() throws Exception {
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        Connection connection = factory.newConnection();
        channel = connection.createChannel();
    }

    public void sendMessage(String message) throws Exception {
        channel.basicPublish("", "my-queue", null, message.getBytes());
    }

    public void receiveMessage() throws Exception {
        channel.basicConsume("my-queue", true, (consumerTag, message) -> {
            System.out.println("Received message: " + new String(message.getBody()));
        }, consumerTag -> { });
    }
}

分布式数据库：海量数据的高效管理

分布式数据库将数据存储在多个节点上，就像庞大的图书馆，将书籍分散在不同的书架上，既能容纳海量的数据，又能保证数据的快速访问和可靠性。

代码示例：

import org.apache.cassandra.client.Client;
import org.apache.cassandra.client.ColumnFamily;
import org.apache.cassandra.client.Mutation;

public class DistributedDatabase {

    private final Client client;

    public DistributedDatabase() throws Exception {
        client = new Client();
    }

    public void write(String key, String value) throws Exception {
        client.mutate(new Mutation(ColumnFamily.create("my-column-family"),
                new Row(key).add("value", value)));
    }

    public String read(String key) throws Exception {
        return client.get(ColumnFamily.create("my-column-family"), new Row(key)).get("value").getValue();
    }
}

集群：并肩作战，共创辉煌

集群将多个计算机连接在一起，作为一个整体来运行，就像军队，成员之间紧密配合，共同完成任务。这提高了系统的可用性和可靠性。

代码示例：

import java.net.InetAddress;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Cluster {

    private final List<InetAddress> addresses = new ArrayList<>();

    public Cluster() {
        // ...
    }

    public void addNode(InetAddress address) {
        addresses.add(address);
    }

    public void removeNode(InetAddress address) {
        addresses.remove(address);
    }

    public void start() {
        // ...
    }

    public void stop() {
        // ...
    }
}

负载均衡：合理分配，优化资源

负载均衡将任务或请求均匀地分配到多个服务器或资源上，就像调度员，合理安排任务，防止某个服务器不堪重负。这提高了系统的吞吐量和性能。

代码示例：

import com.amazonaws.services.elasticloadbalancingv2.AmazonElasticLoadBalancingV2;
import com.amazonaws.services.elasticloadbalancingv2.model.CreateTargetGroupRequest;
import com.amazonaws.services.elasticloadbalancingv2.model.CreateTargetGroupResult;
import com.amazonaws.services.elasticloadbalancingv2.model.TargetGroup;

public class LoadBalancer {

    private final AmazonElasticLoadBalancingV2 elb;

    public LoadBalancer() {
        elb = AmazonElasticLoadBalancingV2ClientBuilder.defaultClient();
    }

    public TargetGroup createTargetGroup(String name) {
        CreateTargetGroupRequest request = new CreateTargetGroupRequest().withName(name);
        CreateTargetGroupResult result = elb.createTargetGroup(request);
        return result.getTargetGroups().get(0);
    }

    public void addInstanceToTargetGroup(TargetGroup targetGroup, InetAddress address) {
        // ...
    }

    public void removeInstanceFromTargetGroup(TargetGroup targetGroup, InetAddress address) {
        // ...
    }
}

容错性：从容应对，化险为夷

容错性是指系统能够在出现故障时继续运行，就像在大海上航行的船只，即使遭遇风浪，也能调整航向，继续前行。这保证了数据的安全和业务的连续性。

代码示例：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class FaultToleranceService {

    @Autowired
    private DatabaseService databaseService;

    public void handleRequest() {
        try {
            databaseService.performOperation();
        } catch (Exception e) {
            // Handle exception and continue processing
        }
    }
}

可扩展性：纵横捭阖，应对挑战

可扩展性是指系统能够随着业务需求的增长而轻松扩展，就像不断扩大的城市，能够容纳更多的人口和建筑。这确保了系统的可持续发展。

代码示例：

import com.amazonaws.services.ec2.AmazonEC2;
import com.amazonaws.services.ec2.model.Instance;
import com.amazonaws.services.ec2.model.RunInstancesRequest;
import com.amazonaws.services.ec2.model.RunInstancesResult;

public class Scalability {

    private final AmazonEC2 ec2;

    public Scalability() {
        ec2 = AmazonEC2ClientBuilder.defaultClient();
    }

    public void scaleUp() {
        RunInstancesRequest request = new RunInstancesRequest();
        RunInstancesResult result = ec2.runInstances(request);
        for (Instance instance : result.getInstances()) {
            // Add instance to load balancer
        }
    }

    public void scaleDown() {
        // ...
    }
}

高可用性：坚如磐石，永不言败

高可用性是指系统能够持续运行，即使在遇到故障时也能保持服务，就像永不熄灭的灯塔，在黑夜中指引航向。这确保了系统的稳定性和可靠性。

代码示例：

import com.amazonaws.services.elasticache.AmazonElastiCache;
import com.amazonaws.services.elasticache.model.CreateCacheClusterRequest;
import com.amazonaws.services.elasticache.model.CreateCacheClusterResult;
import com.amazonaws.services.elasticache.model.CacheCluster;

public class HighAvailability {

    private final AmazonE