陈爱云，2010年毕业于天津大学，2013年加入爱奇艺，现任爱奇艺搜索架构组高级经理，致力于提高搜索系统的性能和高可用性。
打造坚如磐石的搜索架构
对于一个在线系统而言，性能和稳定性是永远要追求的两个方向，如果是分布式系统，性能不够可以用机器来凑（当然这不是最好的方法，性能的提升不是本文的关注点，所以这里不对提升性能的方法赘述），但是稳定性不能靠机器来堆，并且机器越来越多可能会带来更多的稳定性的问题。做在线系统的同学应该会对墨菲定理感触特别深，如果系统中的某个模块可能会出错，那么它一定会出错。或许可以尝试把奶酪面包和猫绑一起，制作一个永动机：）
下面介绍爱奇艺搜索架构高可用之路的演进。爱奇艺搜索始于2011年，距今已有六个年头，在这六年间爱奇艺搜索的用户量和qps都呈指数增长，这也对稳定性提出了很高的挑战。前面我们说，任何一个系统都不可能做的完美，一定会出错，我们需要做的是出错后，把对用户的影响降到最低，让用户感知不到系统的故障。把系统做稳定，多活、降级、限流、扩容都必不可少，下面分别说说我们是怎么做的。
异地多活
曾有人开玩笑说挖掘机是互联网行业最恐怖的武器，挖掘机一铲子下去，可能就把机房的光缆电缆挖断，此时如果没有备份机房，那再完美的系统都无法对外服务了。
备份可以分为两种，一种是备用的机房平时是不接线上流量的，主机房出问题后再把流量切到备用机房上。这样做需要注意几点，一是备用机房的数据和程序版本要保持与主机房一致，二是备用机房平时没有接线上流量，在线上真出问题时，是否敢把线上流量切到备用机房上去，备用机房此时是否可以正常服务，三是备用机房的机器平时不在线上服务，也在一定程度上带来资源的浪费。另外一种备份方式是备用机房平时也在线上服务，一个机房出问题后可以把流量打向其余的机房。假设说有三个机房，那每个机房冗余1/3的机器即可，这样可以接受任意一个机房挂掉。爱奇艺采用的是后一种方式，采取离线数据多写的方式，在线读本机房的数据。
异地多活主要还是在数据一致性上比较难处理，搜索在线系统对数据一致性要求不是非常非常高，所以在线方面在实现异地多活困难并不多。
降级
降级可以通过各种手段降低系统的负载，去掉一些锦上添花的功能，保证基本的服务质量。基本的降级可以让用户几乎无感知的情况下降低系统的负载。
1. 延长缓存过期时间
众所周知，增加缓存可以大大降低后端模块的负载，增加缓存过期时间可以提高缓存命中率，同样可以降低打向后端模块的流量。但是如果缓存时间固定不变且比较长的话，后端数据更新后就不能及时体现在前端，如果缓存时间固定不变且比较短的话，缓存命中率比较低，对后端模块起不到太大的降低流量的作用。所以缓存过期时间要随着后端模块的压力而动态变化，那么，如何实现动态控制缓存过期时间的目的呢？
首先在写缓存时，把写缓存的时间戳也加进去，假设这个时间戳为t1，从缓存系统中取出缓存后，同时取得t1，假设当前时间为t2, t = t2 - t1，同时系统中维护一个过期时间的阈值，让t与这个阈值比较，如果t小于阈值，则认为缓存足够新，反之则认为缓存过期。这个阈值不是固定不变的，随着后端压力和后端的成功率而变化。
如果取到的缓存已过期，那么去请求后端模块，如果请求后端模块失败了，可以返回过期的缓存的内容。因为对于视频搜索来说，返回一个稍微旧点的结果，要远远好于不返回结果。
2. 降低计算复杂度
先举一个上学考试的例子，大部分同学考到80分相对比较容易，但是如果想要考到100分，需要为提高的20分花费大量的精力。可能花20%的精力可以达到80分，但是要再花80%的精力才能再提高20分。搜索质量的提高也如此。
可以通过缩小索引的数据范围来降低计算的复杂度。在100亿个doc中进行检索与在100万个doc中进行检索，所消耗的时间都不是一个量级的，所以可以通过缩小索引的数据范围来减少搜索消耗的CPU和时间。这里的范围也不是随便缩小的，需要保证重点数据依旧在索引范围内，可以通过文档的点击数、上线时间等来确定是否属于重点数据。
还可以通过省略部分大量消耗CPU的步骤来达到降低计算复杂度的目的，这些步骤就相当于我们前边所说的为了最后的20分而额外消耗了80%的精力，对于爱奇艺搜索来说，这部分是重排序，由于之前已经有粗排序了，去掉重排序依旧可以达到一个基本满意的搜索结果，同时消耗的CPU也很低。
这里所说的缩小数据集的范围与去掉重排序的步骤，可以是人为操作的，也可以是自动触发的。比如根据该进程所消耗的CPU，一旦达到某一阈值，则自动进行降级。
3. LIFO
很多系统都有一个任务队列，有一个IO线程负责往任务队列里push任务，工作线程从队列里pull任务，默认情况下，这个队列是FIFO的，但是设想这种情况，当工作线程处理不及时时，队列里的任务会越积越多，导致每一个任务都需要在队列里等待很长时间才会被得到处理，但是由于任务在队列里等待了过长的时间，当任务处理完后，可能client已经认为本次请求超时了，server做了无用功，极端情况下可能会导致server一直在做无用功。
所以在需要降级时，可以改变任务队列取任务的方式，改为LIFO，起码可以保证新任务得以处理，旧任务如果过期则丢弃掉，有舍才有得嘛。因为任务队列中的任务是按照时间顺序放进去的，所以在LIFO时，一旦取出来一个任务已经过期，则意味着接下来取出的任务也是过期的，此时可以直接把队列清空，不需要挨个取出来再丢弃。
4. 缩短任务队列过期时间
为什么要给队列中的任务设置过期时间？因为防止任务已经在队列中等待了很长时间，防止取出执行完后任务已经超时。比如说从队列中取出任务后，得知任务已经在队列中等待了90ms，而此时处理一个任务平均需要消耗20ms，client设置的超时时间是100ms，那么就可以大概率的得知这个任务处理完后，client已经认为该任务超时了，那么就没必要再消耗CPU继续处理。所以设置一个任务队列的过期时间是必要的。
为什么要动态调整队列中任务的过期时间呢？正如我们前边所说，任务的过期时间是跟当前处理任务的平均耗时相关的，而当前处理任务的平均时间不是一成不变的，会随着当前机器的各种资源的情况发生变化。当任务平均处理时间比较短时，可以容忍任务在队列中多等一会儿，而当任务平均处理时间比较长时，只能允许任务在队列中停留较短的时间。
限流
相比降级，限流会直接让部分用户的请求不会被处理，会在一定程度上影响用户体验，是有损的。但是如果经过降级，还不能保证系统的负载处于一个安全的范围内，就需要限流了。限流属于舍小为大，拒绝一部分用户的请求，保证整个系统可用，而不是不顾自身实力蛮力处理所有请求，导致系统挂掉，最终一个请求都处理不了。
限流又可以分为两种，分为server根据自身处理能力主动丢弃部分请求，和client根据server的平均响应时间和server的成功率减少给server发的请求的数量。
限流的维度可以有多个，根据程序本身的指标：连接数、总的qps、分类的qps，server一般要对接不同的端，不能因为某一个端的流量上涨而影响到其他端的流量。也可以根据机器的总体指标来进行限流，比如说网络流量、CPU、内存等。
扩容
如果经过降级、限流后，系统的负载依旧不能维持在一个相对安全的范围内，此时说明我们现有的资源已经不足以满足用户热情的需求了，此时就需要扩容了。
扩容可以使用docker自动完成，根据请求的平均响应时间、请求的成功率、机器的负载等自动判断和扩容，也可以根据过去一天、一周、一个月、一年的流量，来提前预估接下来的流量趋势，提前做出扩容和缩容。
经过上述异地多活、降级、限流、扩容等措施，可以保证系统不出大问题，但是优化的道路任重道远，要持续不断地优化才能保证系统越来越稳定。也希望我们的经验教训能帮到大家，让大家再也不用担心各种异常各种突然状况。（全文完）
来源：中生代技术
