可扩展性是 Web 应用程序成功的最关键条件之一。在本文中，我们将告诉您在开发过程中要注意什么才能满足可扩展性原则：什么会限制可持续和可扩展的 Web 应用程序的结构；哪些技术体现了扩展到生活的理念；如何开发一款能够承受访问者在成功浪潮中的涌入，并在任何开发和运营阶段轻松转移功能扩展的应用程序。

从哪里开始可扩展的开发？为了更好地理解基本原理并突出这种方法的优势，我们将介绍各种相关概念、应用程序架构类型和流行框架。

为什么需要可扩展性？

看一线公司的网站，我们并不总是意识到他们要承受什么样的工作量。我们也没有考虑高生产力和可用性对公司成功的重要性。

因此，当新人开始建立自己的第一个网站时，他们并不知道以后可能会遇到的一些问题：

访问者数量的增加会降低 Web 应用程序的性能；产品范围的扩展会对页面加载时间产生负面影响；更新电子商务商店的库存成为问题；更改代码结构变得危险且过于复杂；添加新产品或服务需要花费太多时间和成本，并且执行 A/B 测试的可能性降低。结果，如果问题没有得到解决，企业就会浪费时间和机会，并且限制仍然存在。

是不是所有网站都难免会遇到这样的问题？在某种程度上，他们中的大多数人都遇到过这样的问题。但是，它们的复杂程度取决于 Web 应用程序从一开始就设计得有多好。规模化发展并不是一种特殊的发展。它是一组原则和技术，可帮助您按照高标准设计应用程序。

通过遵守应用程序设置的特定规则，您将能够：

1.减少页面加载时间、错误数量、实施更改的时间以及更新站点的成本；

2.改善用户体验；

3.延长所提供服务或产品的生命周期；

因此，提高销售额和品牌忠诚度。

什么是可扩展性？

网站可扩展性定义是系统、网络或进程在添加资源（通常是硬件）时应对工作负载增加的能力。可扩展性可以通过系统性能增加与所用资源增加的比率来评估。此外，可扩展性意味着能够在保持中央节点结构完整的同时添加额外资源。在可扩展性较差的系统中，增加资源只会带来性能的小幅提升，达到一定阈值后，增加资源根本没有任何效果。

除了可扩展性之外，还有许多相关概念可以帮助更好地理解问题。其中之一是可恢复性。可恢复性是系统在发生故障后恢复其可操作性的能力。它与饱和点的概念密切相关。甲饱和点是在一定程度上在该系统开始故障的负荷强度。系统运行中不合理的跳跃通常会导致失败。

在正常情况下，程序的性能随负载成比例变化，负载逐渐增加。如果在某个时候，可预测的增长被异常跳跃所取代，饱和点已经达到。旨在确定这一点的测试称为加速测试。它有助于确定 Web 应用程序的可靠性和可扩展性，以及识别破坏整个系统有效运行的系统瓶颈。

哪些特性影响 Web 应用程序的可扩展性？

结构。这是应用程序可扩展性最重要的部分之一。

框架负载。有时可扩展性受限于框架，因此它的选择会随着功能的增加而影响应用程序的性能。

可持续设计。代码质量也显着影响可扩展性。

可持续负载测试。通过适当的负载和性能测试，您将能够找到并消除应用程序的瓶颈并确保其平稳增长。

硬件限制。如您所见，不仅软件会影响可扩展性。

第三方组件集成。它是操作中出现瓶颈和故障的最普遍原因。

可扩展的应用架构

我们刚刚发现应用程序架构在可扩展性方面有很大的不同。现在，让我们详细了解如何设计可扩展的应用程序。

前端与后端

前端是用户直接与之交互的 Web 应用程序的可见部分。

在软件配置中，硬件和最终用户之间可能存在很多层次。它们中的每一个也可以有一个前端和一个后端。

前端是提供用户界面的抽象。例如，打开浏览器的新标签页，输入某个网站的地址，然后按回车键。该网站应立即加载。一个设计良好的页面模板是可以理解的，视觉组件令人印象深刻，简单且易于导航。但是，除了易于使用之外，设计合理的前端还有助于避免将来出现可扩展性问题。

后端代表服务器上发生的一切。它解释用户在前端所做的一切，必要时将其传达给数据库，并将响应发送回浏览器。这部分占整个代码的80%，对整个应用程序的性能影响最大。Backend负责页面上的动态流程和数据存储管理，这使得它更容易出现瓶颈。后端可以使用任何多功能编程语言构建，如Javascript、Python、Ruby、C#等。

多层可扩展的 Web 应用程序架构

多层模型是一种软件模型，它应该包含三个组件：客户端、客户端应用程序连接到的应用程序服务器以及运行应用程序的数据库服务器。

这种应用程序的每一层都应该只执行最基本的功能，从而大大提高性能和可扩展性。

多层架构是要实现两个基本原则：

最小化客户端组件的功能，让客户端只保留用户界面的功能；最大限度地简化和统一客户端软件；

从不应运行的函数中卸载数据库服务器。

这种架构更智能地分布处理模块，在这种情况下，处理模块在一个或多个单独的服务器上执行。

这些软件模块为与用户的接口和数据库服务器的客户端执行服务器功能。此外，不同的应用服务器可以相互交互，更准确地将系统划分为具有特定角色的功能块。

垂直与水平缩放

垂直扩展意味着每个系统组件的性能增加以提高整体性能。在这种情况下，可扩展性意味着随着需求的增长和技术的发展，能够用更强大、更快的组件替换现有计算系统的组件。这是最简单的扩展方法，因为它不需要对在此类系统上运行的应用程序进行任何更改。

水平扩展是指将系统分成更小的结构组件，将其分隔在各个物理机器上，并增加同时执行相同功能的服务器数量。在这种情况下，可扩展性是向系统添加新节点、服务器和处理器以提高整体性能的能力。这种扩展方法可能需要对程序进行更改，以便它们充分利用增加的资源量。

可扩展的 Web 应用程序原则

因此，当您问自己如何构建可扩展的 Web 应用程序时，请确保以下原则构成其基础。

1.流畅的表现

除了可用性之外，应用程序还应该具有高性能。否则，您可能会面临客户的不良反应并降低网站在搜索结果中的位置，谷歌对此类网站的索引更糟。

2. 持续可用性

对于公司而言，他们的 Web 应用程序始终可用是至关重要的。它变得无法访问的每一分钟都会对公司的利润和声誉造成重大损害。对于 SaaS 和云解决方案，确保对服务的终身访问中断至关重要。因此，有必要在一天中的任何时间从用户可以申请服务的任何地方访问可扩展的网站。

3. 快速数据检索

处理数据通常涉及许多性能问题。事实上，第三方技术通常用于存储和访问数据，它们的集成是一项棘手的任务。在主应用部分和数据库服务的交界处，你经常会发现瓶颈。你的责任是在你的项目中避免这个问题。

4. 故障溯源

系统必须易于操作、维护和更新。此外，在产品运行阶段可能已经出现的所有问题都应该易于追踪和纠正。通过适当地构建应用程序并将其分割成相对独立的部分，可以获得良好的结果。

5.实时响应

当然，您在线申请的速度很重要。它不仅涉及存储上的数据检索或整体性能，还涉及操作和响应的速度。无论您的应用程序多么有用，您都只有几秒钟的时间来满足客户的需求。如果你不保持在这个时间内，客户就会转而去找竞争对手。

可扩展的设计方法和策略

在网站上开发和设计可扩展的应用程序时，以下技术将对您有所帮助：

独立功能和节点功能

这里我们指的是面向服务的架构 (SOA)，其中每个服务都有其功能上下文，不应影响其他服务。应用程序的每个部分都应处理其业务并与其他服务相关联。

重点不是开发的速度和简单性，而是结构的完整性，这将在未来节省大量旨在维护旧结构的时间和精力。因此，问题将很快被隔离；一个功能的问题不会影响其他功能；在成长过程中，功能之间将没有竞争力等。同样的问题也涉及应用程序的节点。

负载均衡器

负载均衡器对于可扩展的 Web 应用程序至关重要，因为它们在同时连接的数量增加时分配负载，将连接分配到节点。由于节点的增加，它可以提高服务性能。负载均衡器将根据已设置的标准分配负载。您可以使用多个负载均衡器来处理复杂的系统。与负载平衡器同时应用的缓存和 cookie 将有助于消除同一请求者在后续访问期间可能以不同方式路由的问题。

缓存

有几种方法可以加速请求检索。缓存是最普遍的解决方案，它不会损害但会增强您的平台。这个想法是之前以高频率执行的查询将以很高的概率再次执行。因此，我们可以创建一个小型存储库，以便快速访问频繁查询的结果并缩短用户响应的等待时间。

缓存用于应用程序的不同级别，但最好的方式是，它们体现在以下位置：

✓ 您可以在请求节点上插入缓存，使您的客户几乎可以立即检索数据。您的应用程序拥有的节点越多，缓存就越多，因为每个节点都应该有自己的缓存。

✓ 如果需要为所有节点创建一个通用缓存，则使用全局缓存，从而避免多次未命中。

✓ 分布式缓存提供所有节点的数据片分布。越靠近用户缓存的数据越多，检索速度就越快。

代理

代理在扩展方面的主要优势是多服务器请求协调。它可以将多个相同的请求合并为一个，减少对数据库磁盘的查询。因此，响应时间和数据库性能都会增加。

使用代理的最佳实践是将它们与缓存相结合。在这种情况下，它们的使用估计是最大的。

索引

索引与数据检索密切相关，以防它分散在物理设备中。它们允许在大量数据集中快速找到一小段信息，即使它分布在许多物理设备中。要实现快速搜索，您可以使用基于数据所在位置的索引表。尽管查询已添加到搜索和表中，但由于索引，用户将更快地收到响应。尽管这种方法有明显的优势，但随着数据量的大幅增加，表格变得过于繁琐。因此，请谨慎使用它们。

队列

随着 Web 应用程序的增长，写入和处理请求的过程可能会变得更慢。此外，还需要规范并发请求并处理大量请求。在这种情况下，异步执行一些查询并将它们排队是有意义的。它允许客户端发出请求，接收该请求的确认，然后继续进行其他工作，定期检查。在常规情况下，客户端被迫等待，而请求将被处理而不做其他工作。

大型查询的最佳选择是 Queue.js。这个简单的 Javascript 功能将处理与应用程序可扩展性相关的众多任务。

总结有关在 Web 应用程序中构建可扩展性的所有信息，有几个全局要点需要记住：

1.可扩展性是成功应用程序的基本特征。如果您打算在未来发展您的业务并扩展系统，您需要提前处理扩展。

2.可扩展性有助于减少请求延迟、更新代码和库存的时间、错误发生、降低应用程序价格、改善用户体验、增加销售额并与客户建立信任。

3.影响应用可扩展性的主要因素是不一致的应用架构、代码设计、测试、第三方组件集成以及框架和硬件限制。

4.您可以通过选择现代 Web 应用程序框架之一来提高应用程序的可扩展性，例如，Node.js 及其众多组件可提高整体网站性能。

4.缓存、索引器、负载平衡器、队列和代理等技术和功能的实现可以使您的网站更加稳定、可扩展，并且能够无故障地处理高负载。

5.从广义上讲，可扩展的 Web 应用程序设计不是一种单独的开发类型，而是应该在项目设计阶段充分考虑的一系列原则。