应用程序可扩展性——让您的应用程序面向未来，取得长期成功

想象一下，在研究用户的确切需求、添加满足他们期望的功能并将所有体验打包到沉浸式设计中后，构建一个金融科技或电子商务应用程序。 您为应用程序的成功付出了辛勤的努力和推广，然后将其推向市场。

很快，您就会发现，在应用程序下载量达到最初的峰值之后，数量开始以可见（略微异常）的速度减少。 在让您的软件测试团队投入工作后，原因就浮出水面了——应用程序可扩展性导致应用程序性能下降问题。

构建可扩展应用程序的好处怎么强调都不为过。 众所周知，使用可扩展性方法构建的应用程序（网络或移动）可以帮助企业：

• 随时准备变革的生态系统
• 积极的用户体验
• 资源优化主导成本节约
• 提高高投资回报率的可能性

为了实现这一点以及许多其他好处，构建可扩展的应用程序至关重要。

在本文中，我们将研究应用程序开发中可扩展性的不同方面，旨在帮助您的应用程序面向未来。

但首先要说的是。

您什么时候应该开始担心应用程序的可扩展性？

移动应用程序开发的可扩展性是指创建管理更大工作负载或用户需求的能力，例如高流量、更大的数据存储或更高的计算要求，而不会对应用程序性能造成任何影响。

但有哪些警告信号表明是时候开始采取行动了呢？

• 性能问题呈上升趋势。 加载时间缓慢、超时不断发生或频繁的系统错误都表明应用程序正在努力应对繁重的工作负载。
• 您的资源定期以最高容量运行。 在极限条件下运行的基础设施（例如，以最大 CPU、内存、存储或网络使用率）可能会导致频繁停机和性能下降。
• 您的流量峰值和网络延迟较高。 用户负载较大时的高延迟可能意味着移动或 Web 应用程序的增长超出了其基础设施的能力，从而导致服务质量下降。
• 您正在扩展您的业务。 如果您计划引入功能或进入新市场，应用程序扩展对于满足不断增长的需求和支持业务增长规模至关重要。

在扩展应用程序方面您有哪些选择？

既然您已经决定是时候进行扩展了，那么让我们看看您必须经历的选项。

1. 垂直扩展

这是为了给您的应用程序提供更大的架构能力。 在这里，您将通过更大的 CPU 能力、存储或内存来提高服务器的容量。 它非常适合小型应用程序，因为它在无限硬件升级方面存在限制。

2. 水平缩放

您的应用程序具有一系列共享资源和操作负载的功能。 这是流行的应用程序可扩展性类型之一，您必须在应用程序中添加服务器或实例，从而传播操作解决方法。 它被认为最适合拥有大量用户的大型应用程序，并且您必须保持事物顺利运行。

3. 微服务

将您的应用程序想象成一个拼图，其中每个拼图都作为单独的服务运行。 通过微服务扩展移动应用程序是将您的应用程序分成多个部分，您可以根据需要的部分进行扩展。

4.无服务器

想象一个场景，您根本不必担心应用程序维护。 当您需要时，该软件即可运行。 这就是构建可扩展 Web 应用程序的无服务器模型的意义所在。 它直接处理您的应用程序的缩放。 它被认为具有成本效益，非常适合不可预测的工作负载。

虽然我们根据您的应用程序目标在不同类型的应用程序可扩展性之间进行选择，但处理活动的方法或多或少是相同的。

您可以使用以下不同的方法和技巧来构建可扩展的应用程序，分为 Web 和移动类别。

构建可扩展移动应用程序的技巧

应用程序开发中的可扩展性可以通过一系列方法引入。 以下是我们关注的一些内容。

1. 规模数据存储

应用程序开发中可扩展性最困难的方面之一是数据库。 通过研究 CAP 方法可以理解核心挑战：

• 一致性——每次读取都会得到最近的写入或错误。
• 可用性——每个请求都会得到一个（非错误）响应，但不能保证它会具有最新的写入。
• 分区容错性——尽管节点之间的网络丢弃（或延迟）任意数量的消息，系统仍会运行。

对于数据库系统来说，以上三点只能选择其中的两点。 例如，如果您重视一致性和可用性，那么您就会放弃分区容错性。 因此，您的数据库系统将生成一个单节点实例（可能具有后备/只读镜像）。

在处理硬件之前，必须考虑软件的优化。 通常，数据库查询和写入操作可以轻松优化。 这不仅节省了必要硬件的成本，而且还使应用程序能够管理更多用户。 最后，我们建议添加有效的缓存层，以用更少的资源实现更多目标。

2. 扩展文件存储

与数据存储一样，您还应该规划分布式文件存储。 虽然利用网络附加存储 (NAS) 或存储区域网络 (SAN) 对本地系统很有帮助，但您也可以使用云服务。

云提供商拥有专门的文件管理服务，包括缓存、地理分布、检查、碎片等，它们还支持设置文件访问策略。

这里需要注意的关键一点是，云成本可能会很快变得过于昂贵，尤其是当您大规模构建移动应用程序时，因此请确保提前计算预期带宽以避免意外。

3. 流量优化

即使文件和数据存储已实现分布式且易于扩展，您的应用程序也可能无法发挥其全部能力。 发生这种情况的原因是单个入口点形成了瓶颈。 在规划移动应用程序开发的可扩展性时，有两种方法可以解决这个问题。

DNS 轮换消除了只有一个 IP 接收所有发往该域的请求的情况。

另一种技术是负载均衡，例如 Kubernetes 的内置负载均衡器，用于将流量转移到多个正在运行的事件。 这也是云提供商合作被认为有帮助的地方。 他们提供使用负载平衡器的服务。 例如，在AWS中，您可以使用Amazon Elastic Load Balancer来划分所有传入流量。

4. 为新市场做好准备

当您准备移动应用程序开发的可扩展性以使您的应用程序超越当前市场时，请重点关注本地化，包括通过 Unicode、文化元素和合法性提供的语言支持。 成功的市场扩展方法还包括在遵守 GDPR 等当地法规的情况下进行当地市场研究。

此外，为了确保静态内容能够快速交付给用户，无论用户位于何处，都可以利用 CDN 服务。 这还可以帮助您降低延迟并改善用户体验。

5. 通过高效的数据管理进行扩展

构建可扩展的应用程序时，主要目的是管理不断增长的用户群以及随之而来的大量数据。 您可以通过实施可扩展的数据库解决方案（例如 MongoDB 或 Cassandra）来解决这个问题，这些解决方案会随着您的应用程序的增长而增长，并有效地处理大型数据集。

您还可以使用索引、数据分片等数据库优化方法来确保快速访问数据集并维护应用程序性能。

6. 基础设施可扩展性规划

基础设施必须能够应对增长但性能下降的情况。 在这里，建议使用基于云的解决方案，例如 Google Cloud 的计算引擎或 AWS 弹性计算云 (EC2) – 它们承诺按需可扩展性来管理不断增长的负载。

此外，在扩展移动应用程序的这个阶段，可以实施诸如使用 Kubernetes 编排和使用 Docker 进行容器化等技术，这将导致服务的平滑扩展和资源的有效利用。

7.了解你的用户群

扩展移动应用程序时要注意的最后一个关键因素是深入了解用户群——他们的应用程序使用模式、高峰时间、最喜欢/经常使用的功能以及他们面临的挑战。 通过调查、分析工具和反馈收集这组信息。

这些以用户为中心的数据点将有助于告知在扩展移动应用程序时应优先考虑哪些功能，并确保软件符合用户不断变化的需求。

构建可扩展 Web 应用程序的技巧

Web 应用程序的可扩展性受到一系列因素的影响 –

• 设计与建筑
• 资源和基础设施
• 流量模式和用户行为
• API 和其他第三方服务
• 代码有效性和优化。

确保它完美发生的方法需要应用一系列技巧。

1. 选择最好的硬件

硬件选择奠定了 Web 应用程序的基础。 公司必须拥有能够支持分布式数据库服务在一段时间内扩展的资源。

您选择的硬件应该具有关键指标的明确指示，例如内存百分比和 CPU 利用率，这些信息集有助于确定任何阶段的可扩展性需求。

2.选择微服务架构

单体应用程序往往是紧密耦合的，并且包含可能变得复杂的大型代码库。 该架构还根据需要限制单个组件的扩展，而不影响整个应用程序。 此外，扩展基于整体架构构建的应用程序可能是一件成本高昂的事情。

使用微服务架构可以通过将应用程序的代码库划分为独立的模块来仅扩展必要的 Web 元素，以满足工作负载需求。

[另请阅读：无服务器与微服务——企业应该选择哪种架构？]

3.在系统中引入缓存

数据密集型 Web 应用程序往往会限制性能。 对此的解决方案可以是缓存。 缓存会短暂存储数据，以便将来对数据发出的所有请求都可以更快地提供给客户端，从而消除客户端请求某些内容时对连接和查询数据库的依赖。 这在扩展读取密集型 Web 应用程序时也很有效，因为它可以降低总查询时间并提供更快的数据访问。

选择缓存策略时，确保其符合数据的性质至关重要。 例如，如果数据频繁更改，则策略应与数据库更新保持一致，例如对图像和 HTML 等静态资产使用内容分发网络 (CDN)。

4.使用负载均衡器

扩展 Web 应用程序的另一个策略是实施负载均衡器。 该方法通过将传入请求战略路由到多个服务器以进行快速处理来优化流量分配。

5. 选择正确的数据库

数据库是任何 Web 应用程序可扩展性过程中不可或缺的一部分。 “正确数据库”的选择和定义完全取决于业务需要保存和存储的数据类型。

作为参考，在 Appinventiv，当我们处理关系数据时，我们建议选择 Microsoft SQL、MySQL 或 PostgreSQL，而对于非结构化数据使用，建议看起来像 NoSQL 数据库，如 MariaDB 或 MongoDB。

[另请阅读：MongoDB 与 MySQL：哪种数据库更适合您的业务]

6. 采用 API 优先的方法

该策略使 API 成为 Web 应用程序开发的模块化和离散部分。 它保证了应用程序的功能可以完全通过API访问。 该过程还简化了 Web 应用程序的扩展，因为由小型分解部分构建的应用程序可以通过仅处理所需的部分来有效扩展。

API 网关往往充当 Web 应用程序中的单个入口点。 它合并来自用户的不同请求，然后将它们路由到正确的端点。 然后，网关会合并来自多个请求的输出，然后将其发送给最终用户，从而减少 Web 应用程序与其用户之间的交互次数。

7. 构建多层软件架构

在此架构中，Web 应用程序分为多个层，例如应用程序服务器、Web 服务器和数据库服务器。 然后，每个层都在多个硬件和服务器上单独运行，从而使构建可扩展 Web 应用程序的过程变得简单。

通过多层软件方法，您还可以修改每一层的服务器或硬件配置，而不会影响其他层的性能。 这也被证明是一种经济高效的解决方案，因为更改仅在受影响的层上进行。

构建可扩展应用程序时您会面临哪些挑战？ 建议的解决方案是什么？

以下是您在规划移动应用程序开发的可扩展性时可能遇到的一些挑战以及我们解决这些挑战的方法。

当前架构的不可扩展性

基于设计不良或单一架构构建的应用程序依赖于遗留技术和组件的紧密耦合，如果不进行大量返工，这可能很难在移动应用程序开发中实现可扩展性。

我们这里遵循的解决方案是将软件迁移到微服务或面向服务的架构，以便轻松部署、扩展和管理独立的应用程序组件。

数据不一致

随着应用程序处理更多数据，确保一致性对于扩展应用程序来说变得更具挑战性。 对于分布式系统尤其如此，在分布式系统中，相同信息的不同版本最终可能存储在不同的服务器上。 这会导致信息过时和价值观冲突。

为了解决这个问题，我们实施了高效的数据同步方法。 使用最好的数据库架构、集成分布式共识协议以及应用冲突解决方法是我们保证每个应用程序组件之间数据一致性的一些方法。

资源限制

内存、计算能力、存储或网络带宽的限制往往会影响 Web 应用程序的可扩展性。 例如，资源较少可能会导致应用程序在高峰使用时间性能下降。

为了避免这种情况，我们不断跟踪资源使用情况并根据需求进行优化。 此外，我们建议投资配置良好且可扩展的云基础设施，因为这在资源分配方面提供了更大的灵活性。

安全漏洞

在扩展 Web 应用程序和移动解决方案的过程中，系统可能会遭受攻击和安全漏洞。 随着软件变得越来越大，黑客可能会利用应用程序代码、数据处理过程和基础设施中的问题。

为了防止这种情况，我们采取不同的方法 -

• 安全编码实践
• 定期、定时和自发的安全评估
• 严格的渗透测试
• 强大的授权和认证机制
• 确保每个 API 和第三方软件都针对已知漏洞进行更新

这些步骤有助于保护您的应用程序和用户免受潜在的网络威胁。

应用程序可扩展性成本高

采用单一或不同的方法来扩展应用程序不可避免地会增加许可和订阅费用。 然而，在应用程序开发中忽视可扩展性的情况要高得多，因为您面临过度配置资源的风险，并增加不必要的费用和性能挑战。

为了有效地处理成本，您应该根据实际使用趋势仔细制定扩展策略，并对其进行修改以平衡成本和性能效率。

成功纠正这些与可扩展性相关的障碍需要对应用程序需求和架构、主动规划以及随着应用程序的增长进行持续监控的全面了解。 在这方面，与 Appinventiv 这样值得信赖的软件开发公司合作，在大规模构建移动应用程序方面拥有良好的记录，可以发挥重要作用。

以下是我们如何帮助扩大金融科技应用规模的示例。

一家加拿大金融科技初创公司向我们寻求网络和移动应用程序开发服务。 他们的短期目标是从投资者那里筹集资金，为此他们希望从 MVP 开始，然后根据假设检验进行扩展。

为了实现这一目标，我们构建了一个可扩展且强大的架构，能够处理巨大的流量负载。 我们的开发团队使用 Storybook 和 React Native 在短短两周内构建了 MVP。 当应用程序开始受到高度关注和需求时，我们将整个后端过渡到 React，从而实现网站和移动应用程序之间轻松的代码共享。

如今，该应用程序的下载量已超过 100 万次，没有任何性能问题的迹象。

常见问题解答

问：什么是应用程序可扩展性？

答：应用程序可扩展性定义了应用程序在不影响性能或可靠性的情况下管理增加的工作负载或用户需求的能力。

问：为什么要构建可扩展的应用程序？

答：出于多种原因，构建可扩展的应用程序至关重要：

• 应对突然的增长
• 保持绩效
• 成本效益
• 企业的未来保障
• 竞争优势

问：如何扩展应用程序？

答：移动和 Web 平台上扩展应用程序的过程有所不同。 扩展 Web 应用程序时，您可以考虑选择微服务架构、使用缓存、选择正确的数据库并采用 API 优先的方法。 对于移动应用程序，您可以选择诸如扩展数据和文件存储、优化流量、通过高效数据管理进行扩展以及规划基础设施可扩展性等策略。