Какие существуют типы масштабирования в бэкенд-системах и в чем их ключевые различия?

Масштабирование — это процесс увеличения производительности системы для обработки растущей нагрузки. Существует несколько основных подходов:

1. Вертикальное масштабирование (Scaling Up/Down)

Увеличение ресурсов (CPU, RAM, Disk) на существующем сервере.

• Принцип: Замена сервера на более мощный или добавление в него компонентов.
• Плюсы:
  • Простота реализации (не требует изменений в коде приложения).
• Минусы:
  • Высокая стоимость.
  • Существует физический предел мощности (нельзя наращивать бесконечно).
  • Остается единой точкой отказа (SPOF).
• Пример: Переход с инстанса t2.micro на m5.large в AWS.

2. Горизонтальное масштабирование (Scaling Out/In)

Добавление новых серверов (инстансов) в систему для распределения нагрузки между ними.

• Принцип: Запуск нескольких копий приложения за балансировщиком нагрузки (например, Nginx, HAProxy).
• Плюсы:
  • Высокая гибкость и отказоустойчивость.
  • Потенциально неограниченная масштабируемость.
  • Обычно более экономично, чем вертикальное.
• Минусы:
  • Требует, чтобы приложение было stateless (не хранило состояние сессии локально).
  • Увеличивает сложность инфраструктуры.
• Пример в Go: Запуск нескольких экземпляров Go-сервиса в Docker-контейнерах, трафик к которым распределяется через Kubernetes Ingress или Nginx.

Продвинутая модель: The Scale Cube

Для более детального понимания часто используют модель Scale Cube, которая описывает три оси масштабирования:

• X-ось (Горизонтальное дублирование): Это классическое горизонтальное масштабирование. Клонирование сервиса и распределение запросов между клонами.

• Y-ось (Функциональная декомпозиция): Разделение монолитного приложения на независимые микросервисы по их функциям (например, сервис пользователей, сервис заказов, сервис оплаты). Каждый сервис может масштабироваться независимо.

• Z-ось (Шардирование / Data Partitioning): Разделение данных по разным серверам. Каждый сервер отвечает только за свою часть данных (шард). Запросы маршрутизируются на нужный шард в зависимости от данных в запросе (например, userID).

  Пример роутинга на шард в Go:

  // handleRequest определяет, на какой шард направить запрос
  func handleRequest(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
      // Получаем ключ шардирования из запроса, например, ID пользователя
      userID := r.URL.Query().Get("user_id")
  
      // Функция определяет адрес нужного шарда по ключу
      shardHost := getShardHostForUser(userID)
  
      // Проксируем запрос на целевой шард
      proxyRequestToShard(w, r, shardHost)
  }

Репликация, упомянутая в исходном ответе, — это скорее техника для обеспечения отказоустойчивости и масштабирования чтения (read scaling), которая является частью горизонтального масштабирования, а не отдельный его тип.