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我一直对 Web 开发和软件体系结构很感兴趣，因为我喜欢看到一个工作系统的宏观视图。无论是构建一个移动应用程序还是一个 Web 应用程序，都必须连接到互联网，在不同的模块中交换数据，这意味着你需要 Web 服务。

如果选择云系统作为应用程序的后端，则可以利用更强大的计算能力，因为后端服务将会在水平和垂直方向上进行扩展并编排不同的服务。但无论你是否使用云后端，建造一个灵活、稳定、快速又安全的容错系统是必不可少的。

要了解容错系统，让我们以脸书、亚马逊、谷歌和奈飞为例。数以亿计的用户会同时接入这些平台并通过对等网络和用户-服务器网络传输大量数据，你可以肯定这其中还存在许多的带有不法目的的恶意用户，例如黑客攻击和拒绝服务（DoS）攻击。即使如此，这些平台无需停机也可以全年无休地运转。

虽然机器学习和智能算法是这些系统的基础，但它们实现持续的服务而不停机一分钟的事实值得称赞。它们昂贵的硬件设备和巨大的数据中心当然十分重要，但是支持服务的精密软件设计也同样重要。而且容错系统是一个构建如此精密系统的法则之一。

生产过程中导致错误的两种行为

这是考虑容错系统的另一种方法。当你在本地运行应用程序服务时，每件事似乎都很完美。棒极了！但当你提升服务到生产环境时，一切都会变得一团糟。在这种情况下，容错系统通过解决两个问题来提供帮助：故障停止行为和拜占庭行为。

故障停止行为

故障停止行为是运行中系统突然停止运行或者系统中的某些部分发生了故障。服务器停机时间和数据库不可访问都属于此种类型。举个例子，在下图中，由于服务 2 无法访问，因此服务 1 无法与服务 2 进行通信。

服务 2 停机导致的故障停止行为

但是，如果服务之间存在网络问题，也会出现此问题，如下图所示：

网络故障导致的故障停止行为

拜占庭行为

拜占庭行为是指系统在持续运行，但并没有产生预期行为（例如：错误的数据或者无效的数据）。

如果服务 2 的数据（值）已损坏则可能会发生拜占庭故障，即使服务看起来运行得很好，比如下面的例子:

因服务损坏而导致的拜占庭故障

或者，可能存在恶意的中间人在服务之间进行拦截，并注入了不需要的数据：

恶意中间人导致的拜占庭故障

无论是故障停止和拜占庭行为，都不是理想的情况，因此我们需要一些预防或修复它们的手段。这里容错系统就起作用了。以下是可以帮助你解决这些问题的 8 个开源工具。

构建容错系统的工具

尽管构建一个真正实用的容错系统涉及到深入的“分布式计算理论”和复杂的计算机科学原理，但有许多的软件工具（其中许多是开源软件）通过构建容错系统来减轻不良后果的影响。

断路模式：Hystrix 和 Resilience4j

是一种技术，它有助于在服务失败时返回准备好的虚拟回应或者简单回应。

断路模式

奈飞开源的  是断路模式中最流行的应用。

我之前工作过的很多家公司都在用这款出色的工具。令人意外的是，奈飞宣布将不再更新 Hystrix（是的，我知道了）。相反，奈飞建议使用另一种支持 Java 8 和函数式编程的  之类的替代解决方案，或者类似于  的替代解决方案。

负载均衡：Nginx 和 HaProxy

负载均衡是分布式系统中最基本的概念之一，要想拥有一个生产质量的环境，必须有负载均衡的存在。要理解负载均衡器，首先我们需要明白冗余的概念。每个生产级的 Web 服务都有多个服务器在某个服务器宕机时提供冗余来接管和维持服务。

负载均衡

想想现代飞机：它们的双引擎提供冗余，使它们即使在一个引擎着火的情况下也能安全的着陆。（这也有助于大多数商用飞机拥有最先进的自动化系统）。但是，拥有多引擎（或者多服务器）也意味着必须存在一些调度机制在故障发生时有效地对系统进行路由。

负载均衡器是一种通过平衡多个服务节点来优化大流量事务的设备或者软件。举个例子，当数以千计的请求涌入时，负载均衡器可以作为中间层在不同的服务器间进行路由和平均分配流量。如果一台服务器宕机，负载均衡器会将请求转发给其它运行良好的服务器。

有许多可用的负载均衡器，但其中最出名的两个就是 Nginx 和 HaProxy。

 不仅仅是一个负载均衡器，它还是 HTTP 和反向代理服务器、邮件代理服务器和通用 TCP/UDP 代理服务器。Groupon、Capital One、Adobe 和 NASA 等公司都在使用它。

 也很受欢迎，因为它是一个免费的、非常快且可靠的解决方案，它为基于 TCP 和 HTTP 的应用程序提供高可用性、负载平衡和代理。许多大型网络公司，包括 Github、Reddit、Twitter 和 Stack Overflow 都使用 HaProxy。是的，Red Hat Enterprise Linux 同样支持 HaProxy 设置。

参与者模型：Akka

是一种并发设计模式，当作为基本计算单位的“参与者”接收到消息时，它会分派责任。一个参与者可以创建更多的参与者，并将消息委派给他们。

 是最著名的参与者模型实现之一。该框架同时支持基于 JVM 的 Java 和 Scala。

使用消息队列的异步、非阻塞 I/O：Kafka 和 RabbitMQ

多线程开发在过去很流行，但是现在已经不鼓励这种做法了，取而代之的是异步的、非阻塞的 I/O 模式。对于 Java，这一点在 中得到了明确的规定：

“企业 bean 一定不能使用线程同步原语来同步多个实例的执行。”

“企业 bean 不得试图去管理线程。企业 bean 不得试图启动、停止、挂起或恢复线程，或者去更改线程的优先级或者名称。企业 bean 不得试图管理线程组。”

如今，虽然还有其他做法，如流 API 和参与者模型，但像  和 之类的消息队列为异步和非阻塞 I/O 功能提供了开箱即用的支持，同时它们也是功能强大的开源工具，通过处理并发进程可以替代线程。

其他的选择：Eureka 和 Chaos Monkey

用于容错系统其它有用的工具包括奈飞的  之类的监控工具，以及像  这样的压力测试工具。它们旨在通过在较低环境中的测试，如集成（INT）、质量保障（QA）和用户接受测试（UAT）来早早发现潜在问题以防止在转移到生产环境之前出现潜在问题。

你在使用什么开源工具来构建一个容错系统呢？请在评论中分享你的最爱。

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本文由  原创编译， 荣誉推出