什么是分布式系统？怎么区分单体系统和分布式系统
本文简单描述单体系统和分布式系统是什么、有什么关键特征。目的是在看到一个系统时，能够更好地分辨是单体系统还是分布式系统。
一、分布式系统
（一）定义
分布式系统是指由一组通过网络进行通信、为了完成共同的任务而协同工作的计算机节点（物理服务器、虚拟机、容器等）组成的系统。
（二）特点
- 资源共享：允许节点共享各类资源（文件、数据、硬件等），减少资源重复建设，提升整体利用率，如多节点共用一个共享数据库。
- 并行处理：将任务拆分为子任务分配给不同节点并行计算，再整合结果，适用于大数据与复杂计算场景，可加速任务完成。
- 多节点协作：任务分布于多节点，通过通信协作完成，分担负载、提升性能，提供冗余备份，增强可靠性与容错性。
- 去中心化：无单一控制点，节点以去中心化方式协作决策，降低单点故障风险，保障系统可用性与稳定性。
- 高可用性：借助冗余和容错机制（负载均衡、备份等），在部分节点故障时仍能正常运行，避免系统宕机。
- 可扩展性：具备横向扩展能力，可按需灵活增减节点，动态适应负载与业务变化，比纵向扩展更灵活经济。
- 异步通信：节点以异步方式通信（消息传递、队列、RPC 等），无需实时等待响应，提升系统响应能力与吞吐量，适用于高并发场景。
二、单体系统
（一）定义
单体系统是指将所有功能模块（如用户管理、订单管理、支付系统等）集中于一个应用程序，共用一个代码库与数据库，系统的所有功能、逻辑和资源共享，系统启动时所有模块在同一运行环境加载处理。
（二）特点
- 集中式管理：整个系统的业务逻辑和资源共享。
- 易于开发和测试：由于所有功能都集中在一个代码库内，构建和测试通常更简单。
- 部署简单：通常只需要一个部署文件。
- 难以扩展：随着业务复杂度的增加，单体系统会变得难以维护和扩展，可能会导致单一故障点和性能瓶颈。
三、分布式系统和单体系统对比
分布式系统和单体系统是两种不同的架构模式，主要区别在于系统如何设计和部署。它们之间的关系可以用来说明在应用开发和部署过程中，架构的演变路径，以及如何通过不同的设计来满足业务需求。
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单体系统 |
分布式系统 |
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架构设计 |
功能模块构建为单一整体，是一个可部署单元，组件（例如用户管理、订单管理等）紧密耦合，整体开发、构建、部署 |
不同功能模块拆分为独立服务或组件，通过网络通信协作，可独立开发、部署、扩展 |
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部署方式 |
整体部署，更新需重新部署整个应用 |
各模块 / 服务独立部署，对整体影响小 |
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扩展性 |
纵向扩展为主，通过增加硬件资源（如CPU、内存等）提升性能 |
支持横向扩展，增加节点提升系统容量 |
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复杂性 |
设计和实现相对简单，但在功能复杂化后，维护和演化可能面临挑战 |
设计和实现更复杂，需要考虑网络延迟、数据一致性、服务发现等多种因素 |
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故障处理/容错 |
模块紧密耦合，某个块故障可能影响整体，容错能力弱。 |
模块分离且有冗余机制，容错性好，稳定性高 |
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性能 |
组件同进程运行，性能较高但受单机性能限制 |
网络通信可能引入延迟，但合理架构可提升性能，高并发下优势明显 |
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数据管理 |
数据通常集中在一个数据库中，管理相对简单。 |
数据分布在多个节点，需要处理数据一致性和分布式事务的问题。 |
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应用场景 |
适合小型或中等规模的应用，业务逻辑简单 |
适合大型复杂系统，需要高并发和弹性需求 |
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成本 |
初期开发成本较低 |
初期开发和运维成本较高，但易于扩展 |
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资源利用 |
资源利用率较低，依赖于单个服务器 |
资源利用率高，可以通过分布式资源调度提高效率 |
四、如何区分单体系统和分布式系统
（一）关键差异
在分析和判断一个已有系统时，可以通过观察其运行和部署特征来区分单体系统和分布式系统。以下是几个关键的区分维度：
1. 系统部署架构
- 单体系统：系统通常部署在一个单一的运行环境中，即便有多个实例，所有实例也是整体运行，整个应用打包为一个单体进行发布。
- 分布式系统：系统由多个独立的服务模块组成，这些模块分别部署在不同的服务器或节点上，彼此间通过网络通信来协同工作。
举例：如果你需要将整个系统打包为一个整体才能运行，则很可能是单体系统；如果系统由多个不同的服务（如独立的后端服务、独立的数据库服务、独立的缓存服务等）运行，并且相互之间有网络调用，则可能是分布式系统。
2. 模块间通信方式
- 单体系统：内部模块之间通常通过进程内方法调用、函数调用来协作。
- 分布式系统：模块或服务之间通过远程调用（如HTTP API、RPC或消息队列）进行交互，通常涉及网络通信。
举例：如果模块之间大部分是直接方法调用而不涉及远程通信，可能是单体系统；反之如果使用网络通信，则是分布式系统。
3. 系统扩展性
- 单体系统：通常通过垂直扩展来提高性能（如增加单台服务器的CPU、内存等）。
- 分布式系统：可以通过水平扩展来提高性能，即通过增加更多节点或实例来提升系统容量。
举例：如果要提升性能时是增加单个服务器配置，而不是增加更多节点来分担压力，那可能是单体系统；反之，如果通过新增多个服务实例来分担负载，则是分布式系统。
4. 故障影响范围
- 单体系统：一个模块的故障可能会影响整个系统的运行，系统耦合度较高。
- 分布式系统：单个服务的故障通常仅影响其自身，而不应影响整个系统的运行，可以实现更好的隔离性。
举例：如果一个模块故障可能引发整个系统崩溃，是单体系统的特征；反之，如果故障被隔离在单个服务范围内，则是分布式系统。
5. 数据库和存储方式
- 单体系统：通常使用集中式数据库，所有模块共享一个数据库实例。
- 分布式系统：可能使用多个数据库或分布式数据库，不同服务可能拥有各自的数据存储。
举例：如果所有服务共享同一个数据库实例，则可能是单体系统；如果服务之间数据存储独立或分散在多个数据库上，则可能是分布式系统。
6. 开发与部署周期
- 单体系统：通常整个应用需要一起开发、一起构建和部署。更新某个模块时需要重新构建整个系统。
- 分布式系统：可以独立开发、测试和部署各个服务模块，单独更新其中一个服务，而不影响其他服务。
举例：如果在系统更新中需要重新打包和部署整个应用，通常为单体系统；如果可以单独更新某些模块或服务，不需要重启其他部分，则是分布式系统。
（二）模糊地带
在实际中，区分单体系统和分布式系统可能并不总是明确的，二者之间存在一定的模糊地带。 主要体现在以下方面：
- 过渡状态：许多系统从单体向分布式演变时，可能保留部分集中管理的特性，同时采用分布式特性。
- 混合模式：部分采用分布式特性，如分布式数据库，但业务逻辑仍集中在单体中。
- 运行环境的分布式特性：单体系统在分布式环境中运行，虽然部署在多台机器上，但逻辑仍未拆分。
- 边界模糊的拓扑结构：部分中间件或业务逻辑在分布式节点上存在，而核心逻辑保持集中式。
判断要点小结
- 单体系统：功能模块集中，通常无明显模块分离和分布式通信。
- 分布式系统：功能和服务模块化并在多个节点上运行，模块间通过网络通信。
在判断系统是单体还是分布式时，需要综合其部署结构、模块间通信、扩展方式、故障隔离等特性进行全面分析。
