Hệ Thống Phân Tán: Cấu Trúc Cơ Bản và Thực Tiễn
Trong phần 4 của chuỗi bài viết về Thiết kế Hệ thống, chúng ta sẽ khám phá các thành phần cơ bản của hệ thống phân tán. Đây là những nguyên tắc phân biệt giữa ứng dụng đơn giản và nền tảng quy mô sản xuất.
Mục Lục
- CDN & Edge
- Chia nhỏ dữ liệu (Sharding)
- Sao chép dữ liệu (Replication)
- Mô Hình Tính Tương Tác (Consistency Models)
- Định Luật CAP (CAP Theorem)
- Thực Hành Tốt Nhất
- Những Cạm Bẫy Thường Gặp
- Mẹo Tối Ưu Hiệu Suất
- Giải Quyết Vấn Đề
- Câu Hỏi Thường Gặp
1. CDN & Edge
Tóm lại: Đưa nội dung gần hơn đến người dùng để giảm độ trễ.
- CDN (Mạng Phân Phối Nội Dung): Lưu trữ các tài sản tĩnh (hình ảnh, CSS, JS) tại các vị trí gần người dùng trên toàn thế giới.
- Edge computing: Đưa logic (ví dụ: xác thực, cá nhân hóa) gần hơn đến người dùng.
👉 Ví dụ: Netflix phát video từ các máy chủ gần thành phố của bạn, không phải từ bên kia đại dương.
👉 Liên kết phỏng vấn: “Bạn sẽ làm gì để giảm độ trễ cho người dùng toàn cầu?” — CDN là bước đầu tiên.
2. Chia Nhỏ Dữ Liệu (Sharding)
Tóm lại: Chia nhỏ dữ liệu qua nhiều nút để mở rộng quy mô.
- Chia theo hàm băm: Phân phối đồng đều, nhưng việc cân bằng lại khá khó khăn.
- Chia theo phạm vi: Dễ dàng cho các truy vấn theo phạm vi, nhưng có thể hình thành các điểm nóng.
- Chia theo địa lý: Định tuyến người dùng đến khu vực gần nhất.
👉 Vấn đề: Khóa nóng — một tài khoản người nổi tiếng với 10 triệu người theo dõi có thể làm quá tải một shard.
👉 Giải pháp: Chia khóa, băm nhất quán, hoặc shard ảo.
👉 Liên kết phỏng vấn: “Bạn xử lý quy mô trong một kho dữ liệu kiểu key-value như thế nào?” — hãy nói về sharding.
3. Sao Chép Dữ Liệu (Replication)
Tóm lại: Giữ nhiều bản sao của dữ liệu để đảm bảo độ bền và mở rộng.
- Leader/follower (chính/phụ): Một leader xử lý ghi, các bản sao xử lý đọc.
- Đồng bộ: An toàn hơn, nhưng độ trễ cao hơn.
- Bất đồng bộ: Nhanh hơn, nhưng có nguy cơ mất dữ liệu khi gặp sự cố.
👉 Ví dụ: MySQL sử dụng các bản sao đọc để mở rộng đọc, leader cho ghi.
👉 Liên kết phỏng vấn: “Bạn mở rộng việc đọc cơ sở dữ liệu như thế nào?” — sử dụng các bản sao.
4. Mô Hình Tính Tương Tác (Consistency Models)
Tóm lại: Đánh đổi giữa trải nghiệm người dùng và hiệu suất.
- Tính nhất quán mạnh mẽ: Mỗi lần đọc thấy ghi mới nhất.
- Tính nhất quán cuối cùng: Đọc có thể chậm nhưng sẽ hội tụ theo thời gian.
- Tính nhất quán nguyên nhân: Bảo tồn thứ tự nguyên nhân-kết quả.
👉 Ví dụ: Ngành ngân hàng cần tính nhất quán mạnh mẽ. Các dòng thời gian xã hội có thể chấp nhận tính nhất quán cuối cùng.
👉 Liên kết phỏng vấn: Mong đợi “Bạn sẽ sử dụng tính nhất quán mạnh hay cuối cùng ở đây?”
5. Định Luật CAP (CAP Theorem)
Tóm lại: Trong một phân vùng mạng, bạn phải chọn giữa Tính nhất quán (C) và Tính khả dụng (A).
- Hệ thống CP: Chọn tính nhất quán, hy sinh khả dụng (ví dụ: Zookeeper).
- Hệ thống AP: Chọn khả dụng, chấp nhận đọc không mới nhất (ví dụ: DynamoDB).
👉 Liên kết phỏng vấn: Họ rất thích hỏi “Bạn sẽ chọn phía nào trong CAP?” — luôn liên kết câu trả lời của bạn với yêu cầu sản phẩm.
✅ Thực Hành Tốt Nhất
- Sử dụng CDN/edge để giảm độ trễ cho người dùng toàn cầu.
- Chia nhỏ dữ liệu để mở rộng quy mô, nhưng xử lý khóa nóng cẩn thận.
- Sao chép dữ liệu để đảm bảo độ bền và mở rộng việc đọc.
- Biết khi nào chọn tính nhất quán mạnh hay cuối cùng.
- Định luật CAP không chỉ là lý thuyết — nó là cốt lõi của các đánh đổi trong hệ thống phân tán.
🛠️ Những Cạm Bẫy Thường Gặp
- Quá tải shard: Không phân bổ đồng đều có thể dẫn đến hiệu suất giảm.
- Mất dữ liệu: Trong sao chép bất đồng bộ, cần có các biện pháp bảo vệ.
- Tính nhất quán: Cần phải cân nhắc giữa nhu cầu và khả năng của hệ thống.
⚡ Mẹo Tối Ưu Hiệu Suất
- Sử dụng bộ nhớ cache để giảm tải cho cơ sở dữ liệu.
- Tối ưu hóa truy vấn để giảm thời gian phản hồi.
- Theo dõi và phân tích hiệu suất thường xuyên để điều chỉnh.
🛠️ Giải Quyết Vấn Đề
- Sự cố mạng: Đảm bảo có kế hoạch khôi phục và backup.
- Dữ liệu không nhất quán: Tạo quy trình đồng bộ hóa tự động.
- Quá tải hệ thống: Sử dụng các công cụ giám sát để phát hiện sớm và xử lý kịp thời.
❓ Câu Hỏi Thường Gặp
1. Hệ thống phân tán là gì?
Hệ thống phân tán là một tập hợp các máy tính độc lập, làm việc cùng nhau để đạt được một mục tiêu chung.
2. CAP Theorem là gì?
CAP Theorem cho biết rằng trong một hệ thống phân tán, bạn không thể đồng thời đạt được tính nhất quán, tính khả dụng và khả năng phân vùng.
3. Tại sao sử dụng CDN?
CDN giúp giảm độ trễ và cải thiện trải nghiệm người dùng bằng cách lưu trữ nội dung gần với người dùng hơn.
Kết Luận
Hệ thống phân tán là một lĩnh vực phức tạp nhưng đầy thú vị. Bằng cách hiểu các thành phần cơ bản và thực hành tốt nhất, bạn có thể thiết kế hệ thống mạnh mẽ, hiệu quả và dễ mở rộng. Hãy áp dụng các nguyên tắc đã đề cập và bắt đầu xây dựng những ứng dụng phân tán của riêng bạn ngay hôm nay!
👉 Hãy chia sẻ bài viết này với những người bạn cùng học và tham gia vào cuộc thảo luận về hệ thống phân tán!
