淘宝技术这十年_淘宝 xtao社区 轻电商

淘宝技术这十年

淘宝技术发展总结

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    2003年， 从一个美国人那里买来的一个网站系统，这个系 统的名字叫做PHPAuction（其官方网站 http://www.phpauction. netAuction。 网站的 架构：LAMP（Linux+ Apache+MySQL+PHP），这是一个很常用的网站架 构模型，其优点是：无须编译，发布快速，PHP语言功能强大， 能做从页面渲染到数据访问所有的事情，而且用到的技术都是开 源、免费的。买来之后不是直接就能用的，需要很多本地化的修改，例如，修改一些数据类型，增加后台管理的功能，页面模板改得漂亮一点，页眉和页脚加上自己的站点简介等。其中最有技术含量的是对数据库进行修改，原来是从一个数据库进行所有的读写操作，现在把它拆分成一个主库、两个从库，并且读 写分离。这么做的好处有几点：存储容量增加了，有了备份，使 得安全性增加了，读写分离使得读写效率得以提升（写要比读更 加消耗资源，分开后互不干扰）。

    为了不引起eBay的注意，淘宝网在2003年里一直声称自己是一个“个人网站”。由于这个创业团队强大的市场开拓和
运营能力，淘宝网的发展非常迅猛，2003年年底就吸引了注册用户23万个，每日31万个PV，从2003年5月到同年年底成交额达3371万元。

    PV（Page View，页面访问量。每日每个网站的总PV量是形容一个网站规模的重要指标。淘宝网全网在平日（非促销期间）的PV大概是16～25亿个之间）。同时作为一个独立的用户，你这次访问淘宝网的所有页面均算作一UV（UniqueVisitor，用户访问）。LVS（Linux Virtual Server，世界上最流行的负载均衡系统之一）CDN（Content Delivery Network，即内容分发网络的作用）。Tair（淘宝自行研发的分布式KV存储方案）。

    当时淘宝第一个版本的系统中已经包含了商品发布、管理、搜索、商品详情、出价购买、评价投诉、我的淘宝等功能（现在主流程中也是这些模块。在2003年10月增加了一个功能节点：安全交易，这是支付宝的雏形）。随着用户需求和流量的不断增长，系统做了很多日常改进，服务器由最初的一台变成了三台，一台负责发送Email、一台负责运行数据库、一台负责运行WebApp。一段时间之后，商品搜索的功能占用数据库大量资源（用like搜索的，很慢），2003年7月，多隆又把阿里巴巴中文站的搜索引擎iSearch搬了过来，isearch就是把数据库里的数据dump（倾倒）成结构化的文本文件后，放在硬盘上，提供Web应用以约定的参数和语法来查询这些数据。在2003年年底，MySQL已经撑不住了，技术的替代方案非常简单，就是换成Oracle。

    数据一开始是放在本地的，DBA们对Oracle做调优，也对SQL进行调优。后来数据量变大后，本地存储无法满足了，买了NAS（Network Attached Storage，网络附属存储），NetApp（Network Appliance，美国网域存储技术有限公司）的NAS作为数据库的存储设备，加上Oracle RAC（Real ApplicationClusters，实时应用集群）来实现负载均衡。NAS的NFS（Network File System）协议传输的延迟很严重，但那时侯不懂。后来采购了Dell和EMC合作的SAN低端存储，性能一下提升了十几倍，这才比较稳定了。再后来，数据量更大了，存储的节点一拆二、二拆四，RAC又出问题了，这才踏上了购买小型机的道路。
    其实在任何时候，开发语言本身都不是系统的瓶颈，业务带来的压力更多的存在于数据和存储方面。前面也说到，MySQL撑不住之后换为Oracle，Oracle的存储一开始在本机上，后来在NAS上，NAS撑不住了用EMC的SAN存储，再后来，Oracle的RAC撑不住了，数据的存储方面就不得不考虑使用小型机。，然后Oracle就运行在了小型机上，存储方面，从EMC低端CX存储到Sun oem hds高端存储，再到EMC dmx高端存储，一级一级地往上跳。

    淘宝网作为个人网站发展的时间其实并不长，由于它太引人注目了，马云在2003年7月就宣布这个是阿里巴巴旗下的网站，随后在市场上展开了很成功的推广运作。

好的架构是进化来的，不是设计来的。

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    2004年上半年开始，整个网站就开始了一个脱胎换骨的手术。Java是当时最成熟的网站开发语言，它有比较良好的企业开发框架，被世界上主流的大规模网站普遍采用。另外，有Java开发经验的人才也比较多，后续维护成本会比较低。要求SUN公司的工程师把一个庞大的网站从PHP语言迁移到Java，而且要求在迁移的过程中，不停止服务，原来系统的bugfix和功能改进不受影响。

    大致方案是给业务分模块，一个模块一个模块地渐进式替换。如用户模块，老的member.taobao.com继续维护，不添加新功能，新功能在新的模块上开发，跟老的模块共用一个数据库，开发完毕之后放到不同的应用集群上，另开一个域名member1.taobao.com，同时再替换老的功能，替换一个，就把老的模块上的功能关闭一个，逐渐把用户引导到member1.taobao.com，等所有的功能都替换完之后，关闭member.taobao.com上。有个架构师周悦虹，他在Jakarta Turbine的基础上做了很多扩展，打造了一个阿里巴巴自己用的MVC框架WebX （ http://www.openwebx.
org/docs/Webx3_Guide_Book.html ），这个框架易于扩展，方便组件化开发，它的页面模板支持JSP和Velocity等，持久层支持ibatis和hibernate等，控制层可以用EJB和Spring（Spring是后来才有的）。后来我们在开源软件的基础上进行自主研发，一步一步地把IOE（IBM小型机、Oracle、EMC存储）这几个“神器”都去掉了。

    到2004年底，淘宝网已经有4百多万种商品了，日均4千多万个PV，注册会员达400万个，全网成交额达10亿元。

任何牛B的人物，都有一段苦B的经历。

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    随着数据量的继续增长，到了2005年，商品数有1663万个，PV有8931万个，注册会员有1390万个，这给数据存储带来的压力依然很大，数据量大，速度就慢。除了搜索引擎、分库分表，还有就是缓存和CDN（内容分发网络）。

    架构师多隆做了一个基于 Berkeley DB 的缓存系统，把很多不太变动的只读信息放了进去。其实最初这个缓存系统还比较弱，并不敢把所有能缓存的信息都往里面放，一开始先把卖家的信息放里面，然后把商品属性放里面，再把店铺信息放里面，但是像商品详情这类字段太大的放进去受不了。商品详情先是放入了缓存系统，到现在是放进了文件系统TFS中。

    2005年5月，微软的MSN门户大张旗鼓地进入中国，淘宝网成为它的购物频道。2005年中，盛大进军机顶盒业务，其电视购物的功能也是淘宝网开发的。在2005年底，淘宝网和湖南卫视合作推出了一档节目，叫做“超级Buyer秀”。

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    在2006年，把浏览量写入数据库，发布上线1个小时后，数据库就挂掉了，每天几亿次的写入，数据库承受不了。一般的缓存策略是不支持实时更新的，这时候多隆想了个办法，在Pache上面写了一个模块，这个数字根本不经过下层的WebApp容器（只经过Apache）就写入一个集中式的缓存区了，这个缓存区的数据再异步更新到数据库。这就是前面提到的，整个商品详情的页面都在缓存中了，把缓存用到了极致。架构师多隆再一次出手写了一个缓存系统，叫TBstore，这是一个分布式的基于Berkeley DB的缓存系统，推出之后，在阿里巴巴集团内部使用非常广泛，特别是对于淘宝，TBstore上应用了ESI（Edge Side Includes）、Checkcode（验证码）、Description（商品详情）、Story（心情故事，商品信息里面的一个大字段，长度仅次于商品详情）、用户信息等内容。TBstore的分布式算法实现：根据保存的Key（关键字），对key进行Hash算法，取得Hash值，再对Hash值与总Cache服务器数据取模。然后根据取模后的值，找到服务器列表中下标为此值的Cache服务器。由Java Client API封装实现，应用无须关心。后面讲到缓存Tair的时候再说。

    淘宝网开发了很多优秀的产品，例如，商品的类目属性、支付宝认证系统、招财进宝项目、淘宝旅行、淘宝彩票、淘宝论坛等，甚至在团购网站风起云涌之前，淘宝网在2006年就推出了“团购”的功能。一直采用商用存储系统，应用NetApp公司的文件存储系统。随着淘宝网的图片文件数量以每年3倍的速度增长，淘宝网后端NetApp公司的存储系统也从低端到高端不断迁移，直至2006年，即使是NetApp公司最高端的产品也不能满足淘宝网存储的要求。从2006年开始，我们决定自己开发一套针对海量小文件存储的文件系统，用于解决自身图片存储的难题。这标志着淘宝网从使用技术到了创造技术的阶段。

  到2006年，淘宝网已经有了1.5亿个的日均PV，商品数达5千多万个，注册用户3千多万个，全网成交额达169亿元。

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    在2007年，我们把淘宝的用户信息独立出来，形成一个中心系统UIC（User Information Center），因为淘宝所有的功能都要依赖于用户信息，所以这个模块必须单独拿出来，否则以后的系统无法扩展。把UIC拿出来以后，应用系统访问UIC，UIC访问数据库取得用户信息，粗算一下，每天要取几十亿条的用户信息，若直接查询数据库，数据库肯定会崩溃，这里必须要用缓存。于是多隆专门为UIC写了一个缓存系统，取名叫做TDBM。TDBM抛弃了Berkeley DB的持久功能，数据全部存放在内存中。

    2007年6月，适合淘宝使用的集群图片文件存储系统（TaoBao File System，TFS）正式上线运营，在TFS前端，还部署着200多台图片文件服务器，用Apache实现，用于生成缩略图的运算。在生产环境中应用的集群规模达到了200台PC Server（146GB×6 SAS 15KB Raid5），文件数量达到上亿级别；系统部署存储容量为140TB；实际使用存储容量为50TB；单台支持随机IOPS 200+，流量为3MB/s。

    说到TFS的系统架构，首先要描述清楚业务需求，淘宝对图片存储的需求大概可以描述如下：文件比较小；并发量高；读操作远大于写操作；访问随机；没有文件修改的操作；要求存储成本低；能容灾，能备份。显然，应对这种需求时要用分布式存储系统；由于文件大小比较统一，可以采用专有文件系统；由于并发量高，读写随机性强，需要更少的I/O操作；考虑到成本和备份，需要用廉价的存储设备；考虑到容灾，需要能平滑扩容。TFS 1.0版的架构图如下。

参照GFS并做了大量的优化之后，TFS 1.0版的架构图如下。从上面的架构图可看出：集群由一对Name Server和多台DataServer构成，Name Server的两台服务器互为双机，这就是集群文件系统中管理节点的概念。由于大量的文件信息都隐藏在文件名中，整个系统完全抛弃了传统的目录树结构，因为目录树开销最大。仅仅只需要一个FileID就能够准确定位文件在什么地方。在TFS上线后，商品展示图片开放到5张，商品描述里面的图片也可以使用淘宝的图片服务，到现在为止，淘宝网给每个用户提供了1GB的图片空间。技术和业务就是这么互相借力推动着的，业务满足不了的时候，技术必须创新，技术创新之后，业务有了更大的发展空间。

    到2007年，淘宝网日均PV达到2.5亿个，商品数超过1亿个，注册会员数达5千多万个，全网成交额达433亿元。

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    到2008年初，整个主站系统（有了机票、彩票系统之后，把原来的系统叫做主站）的容量已经到了瓶颈，商品数在1亿个以上，PV在2.5亿个以上，会员数超过了5000万个。这时Oracle的连接池数量都不够用了，数据库的容量到了极限，即使上层系统加机器也无法继续扩容，只有把底层的基础服务继续拆分，从底层开始扩容，上层才能扩展，这才能容纳以后三五年的增长。拆分核心业务模块，类目属性、用户中心、交易中心，随着这些模块的逐步拆分和服务化改造，在系统架构方面也积累了不少经验。到2008年年底就做了一个更大的项目，把淘宝所有的业务都模块化，这
是继2004年从LAMP架构到Java架构之后的第二次脱胎换骨。把淘宝的系统拆分成了如下架构。

其中，UIC和Forest在上文已说过，TC、IC、SC分别是交易中心（Trade Center）、商品中心（Item Center）、店铺中心（Shop Center），这些中心级别的服务只提供原子级的业务逻辑，如根据ID查找商品、创建交易、减少库存等操作。再往上一层是业务系统TM（Trade Manager，交易业务）、IM（ItemManager，商品业务）、SM（Shop Manager，后来改名叫SS，即Shop System，店铺业务）、Detail（商品详情）。

    到此为止，应用服务切分了（TM、IM）、核心服务切分了（TC、IC）、基础服务切分了（UIC、Forest）、数据存储切分了（DB、TFS、Tair），通过高性能服务框架（HSF）、分布式数据层（TDDL）、消息中间件（Notify）和Session框架支持了这些切分。一个美好的时代到来了，高度稳定、可扩展、低成本、快速迭代、产品化管理，淘宝的3.0系统走上了历史的舞台。

    HSF框架以SAR包的方式部署到Jboss、Jetty或Tomcat下，在应用启动的时候，HSF（High-Speed Service Framework，在开发团队内部有一些人称HSF为“好舒服”）服务随之启动。HSF旨在为淘宝的应用提供一个分布式的服务框架，HSF从分布式应用层面以及统一的发布/调用方式层面为大家提供支持，从而可以很容易地开发分布式的应用以及提供或使用公用功能模块，而不用考虑分布式领域中的各种细节技术，例如，远程通讯、性能损耗、调用的透明化、同步/异步调用方式的实现等问题。Notify是一个分布式的消息中间件系统，支持消息的订阅、发送和消费。数据查询的中间件TDDL（Taobao Distributed Data layer）实现了下面三个主要的特性：数据访问路由——将针对数据的读写请求发送到最合适的地方；数据的多向非对称复制——一次写入，多点读取；数据存储的自由扩展——不再受限于单台机器的容量瓶颈与速度瓶颈，平滑迁移。

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    到2009年，多隆又参考了memcached的内存结构，改进了TDBM的集群分布方式，在内存利用率和吞吐量方面又做了大幅提升，推出了TDBM 2.0系统。由于TDBM、TBstore的数据接口和用途都很相似，开发团队把二者合并，推出了淘宝自创的Key-Value缓存系统——Tair（TaoBao Pair的意思，Pair即Key-Value数据对）。Tair包括缓存和持久化两种存储功能。目前，Tair支撑了淘宝几乎所有系统的缓存信息。Tair已开源，地址为code.taobao.org。2009年6月，TFS 1.3版本上线，集群规模大大扩展，部署到淘宝的图片生产系统上，整个系统已经从原有200台PC服务器扩增至440台PC服务器（300B×12 SAS 15KB RPM）+30台PC服务器（600B×12 SAS 15KB RPM )。支持文件数量也扩容至百亿级别；系统部署存储容量为1800TB；当前实际存储容量为995TB；单台DataServer支持随机IOPS900+，流量为15MB+；目前NameServer运行的物理内存是217MB（服务器使用千兆网卡）。TFS 1.3版本逻辑结构图如下图所示。

    在TFS 1.3版本中，工程师们重点改善了心跳和同步的性能，最新版本的心跳和同步在几秒钟之内就可完成切换，同时进行了一些新的优化，包括元数据存储在内存中、清理磁盘空间等。

    淘宝网将图片处理与缓存编写成基于Nginx的模块，我们认为Nginx是目前性能最高的HTTP服务器（用户空间），淘宝网使用GraphicsMagick进行图片处理，采用了面向小对象的缓存文件系统，前端有LVS+Haproxy将原图和其所有的缩略图请求都调度到同一台Image Server（图片服务器）。目前淘宝网的TFS已经开源（见code.taobao.org），业界可以一起使用和完善这个系统。

    目前，淘宝已经变成了一个生态体系，包含C2C、B2C、导购、团购、社区等各种电子商务相关的业务。到2009年年底，平台开放淘宝服务100多个，每天调用量为4000次，这一年开放平台的开发者面对的主要是淘宝C店卖家，卖家工具成为服务市场的主流。（参看Blog，地址为http://blog.csdn.net/cenwenchu79，根据时间轴可以看到各种结构优化和性能优化的过程）这个系统三台虚拟机撑住了8亿次的日志即时分析，MySQL日志分析就此结束。

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    2010年年中对Jetty7做了一次压测，发现Continuations的效果已经可以上正式的环境了，于是开始在Jetty7
的基础上做HTTP服务异步化+事件驱动的封装，同时也实现了一个虚拟隔离线程池做配合。到2010年年底，平台开放淘宝服务300多个，每天调用量为8亿次，这一年淘宝正式开始对外宣传开放，淘宝开放年赢在淘宝，目前很多年收入上千万的TP在这个时候成了先锋（2010年以前的可以叫做先烈），产品层面上，这一年除了卖家工具的继续发展，SNS热潮的兴起带动了淘江湖的买家应用，游戏应用的淘金者蜂蛹而入，开放的服务也继续保持300％的增速，覆盖面从卖家类延伸到了买家类，从简单的API提供，到了淘宝网站支持深度集成应用到店铺和社区。

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    到2011年年底，平台开放淘宝服务758个，每天调用量19亿次 。至2011年年底，淘宝网拥有全国最大的Hadoop分布式计算集群之一（2000多个节点，CPU：24000 core，Memory：48000GB，Disk：24000块），日新增数据50TB，有40PB海量数据存储，分布在全国各地80多个节点的CDN网络，支撑的流量超过800Gbps。淘宝的搜索引擎能够对数十亿的商品数据进行实时搜索，另外，还拥有自主研发的文件存储系统和缓存系统，以及Java中间件和消息中间件系统，这一切组成了一个庞大的电子商务操作系统。

    为了快速存取海量的宝贝图片等静态文件，淘宝开发了分布式文件系统TFS（TaoBao File System）来处理这类问题。为了快速、及时、同步地传输日志数据，淘宝研发了TimeTunnel，用于进行实时的数据传输，然后交给后端系统进行计算报表等操作。

    由于业务量的增长以及分析需求到用户纬度，因此，在2011年年底启动了流式分析集群重构升级的项目，将新的分
析集群项目命名为Beatles，做了一次完整的重构，将那么多年的补丁经验和老代码重新设计和实现，并且将Mater根据业务可垂直切分，最终解决Master归并压力的问题，当然期间的技术优化点也不少，统计纬度细化到了用户纬度。2011年年底启动了社区电子商务化的项目，也就是现在所说的轻电商（XTao）项目。

钱能解决的问题，就不是问题。

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    2012年，平台开放淘宝服务900多个，每天调用量为25亿次，这一年淘宝客由于公司方向转变热潮消退，无线乘势而起，新业务（机彩票、酒店、理财等）、P4P、数据类服务都开始运营API，开放平台开发者的客户群体也从C店卖家增加到了B的品牌商和渠道商等。另一方面，开放平台安全体系的构建成为2012年的重点，从两个角度对安全做了全方位的控制。第一，用户。用户授权更细化了授权操作范围（细粒度到了数据范畴），授权时长。所有的信息可监控、归档、快速定位，我们内部叫做Top Ocean，简单说来就是对所有的访问日志做归档，归档的载体是块状文件，归档时对块状文件的所有记录按照需求建立索引，然后保留索引，上传本地文件到远端分布式文件系统备份。实时的监控服务调用和应用访问，授权异动。第二，第三方应用。采用监控集群对所有ISV的服务器做安全扫描，对普通的Web安全漏洞做扫描，对应用的可用性和响应时间做监控。同时，正式启动“聚石塔”项目，提供弹性计算和存储能力及可靠的安全网络环境给ISV，帮助ISV提供自身应用的安全性。

    今天，淘宝的格局为：集市（C2C）、天猫（B2C）、一淘（电商搜索返利入口）、无线、新业务、O2O（本地生活）、团购平台（聚划算），这些平台的价值是什么？如何找到自身定位？如何借助外力发展？如何面对流量入口的兴起、传统互联网企业的电商化、电商平台的竞争？这些才是开放平台2012年及下一个5年的精彩所在。

兴趣+执著，看准一个方向后，无论是顺境还是逆境，都要不断努力，把握时间和机会

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