高并发系统压力详解(图文全面总结)

高并发是大型架构核心,下面我详解高并发系统压力@mikechen

数据库磁盘 I/O 瓶颈(最致命的短板)

在高并发写场景下,磁盘 I/O 几乎是 90% 系统的第一道红灯。

压力来源:随机写导致磁头频繁寻道,或是 WAL(预写日志)落盘频率过高。

优化手段:

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读写分离/分库分表:物理分散 I/O 压力。

以顺序写代随机写:利用 LSM-Tree(如 RocksDB/HBase)结构。

缓存拦劫:在 DB 前挡一层 Redis,实现“写缓冲、读缓存”,确保 80% 的流量不直达硬盘。

 

锁竞争与内存瓶颈(系统并发度的天花板)

当多个线程争抢同一个资源时,系统的吞吐量会由于上下文切换(Context Switch)而大幅下降。

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压力来源:

数据库行锁:高并发秒杀场景下的“热点更新”问题。

本地锁竞争:Java 中过多的 synchronized 或 ReentrantLock。

架构对策:

无锁化设计:利用 CAS(Compare And Swap)或者 Disrupter 环形队列。

分布式锁颗粒度优化:将热点数据拆分,例如将一个库存拆成 10 个分库。

 

CPU 瓶颈:算不过来 & 抢得太多

CPU 使用率长期接近 100%,平均负载持续高企,请求响应时间随并发上升而急剧变长,线程上下文切换频繁。

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成因:

复杂计算、低效算法、循环嵌套多、无谓 JSON/对象转换等。

线程/协程过多,锁竞争激烈,导致频繁上下文切换,CPU 大量时间花在调度而不是干活上。

GC 压力大(如 JVM 堆过大、对象短命且多),导致 Stop-The-World 明显。

典型高并发风险:一旦 CPU 满载,接口延迟会随并发指数级上升。

进而触发重试、排队、超时,形成“雪崩”。

 

网络带宽与连接数瓶颈(被忽视的咽喉)

很多时候,服务器 CPU 还没满,系统就响应超时了,这通常是网卡或连接数满了。

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压力来源:

带宽压满:大量静态资源(图片/JS)请求挤占了业务 API 的带宽。

连接数耗尽:Linux 系统的文件句柄数(ulimit)限制,或大量的 TIME_WAIT 状态连接导致无法建立新连接。

架构对策:

全量动静分离:如我们之前讨论的,静态资源必须走 CDN。

协议升级:使用 HTTP/2 或 QUIC 减少握手次数。

内核参数调优:优化 tcp_tw_reuse 和 tcp_max_syn_backlog。

 

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