CDN是什么？使用CDN有什么优势？

淘宝的图片访问，有98%的流量都走了CDN缓存。只有2%会回源到源站，节省了大量的服务器资源。

但是，如果在用户访问高峰期，图片内容大批量发生变化，大量用户的访问就会穿透cdn，对源站造成巨大的压力。

结合阿里淘系2020年双11的淘宝实践，给大家分享下在图片业务里，我们是如何使用CDN以及如何解决挑战和困难。（点击头像关注我们，看更多阿里工程师干货）

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CDN工作原理

内容分发网络（Content Delivery Network，简称CDN）是建立并覆盖在承载网之上，由分布在不同区域的边缘节点服务器群组成的分布式网络。

CDN应用广泛，支持多种行业、多种场景内容加速，例如：图片小文件、大文件下载、视音频点播、直播流媒体、全站加速、安全加速。

借用阿里云官网的例子，来简单介绍CDN的工作原理。

假设通过CDN加速的域名为www.a.com，接入CDN网络，开始使用加速服务后，当终端用户（北京）发起HTTP请求时，处理流程如下：

1. 当终端用户（北京）向www.a.com下的指定资源发起请求时，首先向LDNS（本地DNS）发起域名解析请求。
2. LDNS检查缓存中是否有www.a.com的IP地址记录。如果有，则直接返回给终端用户；如果没有，则向授权DNS查询。
3. 当授权DNS解析www.a.com时，返回域名CNAME www.a.tbcdn.com对应IP地址。
4. 域名解析请求发送至阿里云DNS调度系统，并为请求分配最佳节点IP地址。
5. LDNS获取DNS返回的解析IP地址。
6. 用户获取解析IP地址。
7. 用户向获取的IP地址发起对该资源的访问请求。

• 如果该IP地址对应的节点已缓存该资源，则会将数据直接返回给用户，例如，图中步骤7和8，请求结束。
• 如果该IP地址对应的节点未缓存该资源，则节点向源站发起对该资源的请求。获取资源后，结合用户自定义配置的缓存策略，将资源缓存至节点，例如，图中的北京节点，并返回给用户，请求结束。

从这个例子可以了解到：

（1）CDN的加速资源是跟域名绑定的。
（2）通过域名访问资源，首先是通过DNS分查找离用户最近的CDN节点（边缘服务器）的IP
（3）通过IP访问实际资源时，如果CDN上并没有缓存资源，则会到源站请求资源，并缓存到CDN节点上，这样，用户下一次访问时，该CDN节点就会有对应资源的缓存了。

淘宝鹿班图片业务背景

商品的主图贯穿整个导购和交易链路，相比文字，图片更能吸引眼球，主图对消费者的购物决策有很大的影响。主图上表达的内容各式各样，但其中一定少不了的一定是价格的表达。

长期以来，主图上的价格表达都是商家自己维护，商品价格发生变化后，手动去换图。这样做，会带来3个问题：
（1）价格的准确性：商家手动填写的图片价格，跟实际的购买价可能不一致，造成不好的用户体验。
（2）价格更新的及时性：有时候，由于优惠券/品类券的生效失效，会导致商品的价格变化会很频繁，商家根本来不及换图。
（3）商家的操作成本：手动修改图片的价格，成本还是很高的，需要通过ps等软件修改图片，重新上传，编辑商品。

今年双11，我们淘宝鹿班团队，试图通过技术手段来解决这些问题。当商品价格发生变化后，系统自动计算新的价格，自动合成图片，然后更新商品主图。

我们知道，淘宝网有上亿的商品，光大促商品就有几千万，因此，价格变化导致的图片变化频率非常高。最高的就是在双11的0点，全部大促商品的价格都会由日常价格变成大促价格。

这就意味着，大促高峰期，有上千万的图片刚生成就会被用户访问。那这个情况会产生什么问题呢，让我们先了解下淘宝的图片空间和CDN的架构，就清楚了。

淘宝图片空间和CDN的架构

淘宝整个图片的访问链路有三级缓存（客户端本地、CDN L1、CDN L2），所有图片都持久化的存储到OSS中。真正处理图片的是img-picasso系统，它的功能比较复杂，包括从OSS读取文件，对图片尺寸进行缩放，编解码，所以机器成本比较高。

CDN的缓存分成2级，合理的分配L1和L2的比例，一方面，可以通过一致性hash的手段，在同等资源的情况下，缓存更多内容，提升整体缓存命中率；另一方面，可以平衡计算和IO，充分利用不同配置的机器的能力。

用户访问图片的过程如下：
（1）用户通过手机淘宝来搜索商品或者查看宝贝详情。
（2）详情/搜索/推荐通过调用商品中心返回商品的图片URL。
（3）客户端本地如果有该图片的缓存，则直接渲染图片，否则执行下一步。
（4）从CDN L1回源图片，如果L1有该图片的缓存，则客户端渲染图片，同时缓存到本地，如果L1没有缓存，则执行下一步。
（5）从CDN L2回源图片，如果L2有该图片的缓存，则客户端渲染图片，同时CDN L1及客户端缓存图片内容，如果CDN L2没有缓存该图片，则执行下一步。
（6）从图片空间回源图片，图片空间会从OSS拉取图片源文件，按要求进行尺寸缩放，然后执行编解码，返回客户端能够支持的图片内容，之后客户端就可以渲染图片，同时CDN的L1、L2以及客户端都会缓存图片内容。

频繁换图带来的技术挑战

当商品的价格发生变化时，我们会使用新的价格重新合成图片，更新商品中心中存储的图片URL。

这样会带来2个问题：
（1）CDN及手机淘宝原本缓存的图片内容失效了，用户访问图片会全部回源到img-picasso。
（2）由于更改了商品的字段，交易的核心应用（购物车和商品中心）的缓存也失效了，用户浏览及购物时，对商品的访问会走到db。

源站img-picasso处理图片，以及查询商品DB，都是非常消耗资源的。CDN及商品的缓存命中率降低后，对源站img-picsasso以及db会产生巨大的压力。

拿CDN缓存为例，简单计算一下，CDN平时的命中率是98%，假设命中率降低1个点，对源站的压力就会增加1/3（原本承担2%的流量，现在需要承担3%的流量），意味着img-picasso需要扩容1/3。如果全网一半的图片都同时变化，cdn的命中率降到50%，对img-picasso的访问量就会增加25倍，这个扩容成本肯定没法接受。

解决这2个问题，对应的有2个办法：
（1）改图保持图片URL不变，可以避免商品链路的缓存失效。
（2）在访问高峰到来之前，提前预热图片到CDN，可以避免CDN缓存失效对源站的压力。

下面，介绍下我们具体是怎么做到这2点的。

频繁换图的应对方案

改图保持图片URL不变

图片内容发生变化时，执行下面2个操作：
（1）更新OSS内容：使用新的图片内容替换OSS中老的图片内容
（2）刷新CDN缓存：清除CDN之前缓存的图片内容

这样，用户再次访问图片时，发现CDN没有缓存，就会回源到img-picasso，从OSS拉取新的图片内容。

由于图片URL没有变化，就不必去更新商品中心的图片链接，这样商品链路的缓存可以保持不变。
在真正实施这个方案的过程中，遇到了几个问题，简单跟大家分享下：

OSS三地同步

淘宝的图片空间，承载了淘系所有图片的上下行稳定性保障，为了保障高可用，一份资源会存储到三地OSS。图片上传时，默认只上传一地，利用OSS的能力，自动同步到另外两地。

但是使用URL不变方案，CDN缓存已经清除完成后，如果另外2地的OSS还未同步完成，用户访问后，就会回源到旧的图片内容，发现图片内容没有变化。

针对该问题，我们将异步同步OSS软链的模式，改成三地同步建软链，三地都返回成功后，再去清除CDN缓存，这就保证了用户访问的图片一定是最新的内容。

图片尺寸收敛

同一张商品图片会用于不同的场景坑位展现，不同的坑位对图片的尺寸有不同的要求。为此，图片空间提供了一项功能，可以方便的生成不同尺寸的缩率图。只需要访问图片时，给图片增加不同的后缀，img-picasso源站就可以按要求进行图片进行缩放。

由于历史原因，之前对缩放的尺寸种类没有限制，导致CDN上的图片后缀格式多达2400种+，TOP6格式覆盖率46%，TOP15格式覆盖率64%。这意味着，一张图片，在cdn上最多可能有2400+个不同的url，当图片内容变化后，要把这些缓存全部清掉，才能保证所有用户看到的图片都是新内容。

为了解决这个问题，我们对域名格式进行了收敛。

图片空间对于图片质量压缩参数的规则如下：
* 图片质量参数常见有一下8种形式：Q90、Q75、Q50、Q30、q90、q75、q50、q30
* 图片锐化参数常见有一下3种形式：s100，s150，s200

我们重新将图片质量定义为高质量图片和低质量图片，收敛格式为 q90 和 p50s150
这样，就可以把2000多种格式收敛到6种主要格式，CDN清除缓存才变得可行。

多副本清除CDN缓存

通过图片尺寸收敛，每张图片只需要清除6个不同的url就可以了，那能不能进一步提升刷新效率呢？

为此，阿里云CDN为我们提供了多副本刷新的解决方案：每种不同后缀的图片，作为图片的一个副本，在CDN的swift层增加一层KV结构，存储url和不同副本的映射关系，清除缓存时，可以通过该结构找到所有副本，实现快速清除所有副本。这样，每张图片，我们只需要调用一次CDN清除缓存接口就可以了，极大提升了CDN缓存刷新效率。

图片域名收敛

淘系的图片域名有300多种，主要有下面2个原因：
（1）图片完整的链接太长，所以存储时经常只存最后一段，业务自己来拼域名，很多业务就自己申请了一个图片域名来拼。
（2）PC时代，浏览器对同一域名下的并发请求数是有限制的，不同浏览器不一样，一般6个左右。

为了突破该限制，一些业务就会申请多个域名，随机的拼不同的域名。

前面我们讲过，CDN的缓存是跟域名绑定的，不管是缓存命中还是缓存清除，都只能针对一个域名。

我们显然不可能改一张图，就去对300个域名调用CDN刷新。于是我们考虑对图片域名进行收敛，使得用户对图片的访问都路由到同一个域名，我们希望将所有的图片访问统一收敛到http://picasso.alicdn.com，具体实现方式如下：

（1）对于手淘和猫客客户端，图片访问都收口在图片库，我们推进图片库进行改造，符合一定规则的url，统一收敛到http://picasso.alicdn.com，实现了域名的一刀切。
（2）对于PC浏览器端，就比较麻烦了，没有统一收口的地方。我们只能退而求其次，针对访问最多的6大域名，在cdn上配置域名转发规则，重定向到picasso域名。

通过这种方式，我们实现了全网99%以上的图片访问流量都路由到picasso域名，图片内容发生变化时，通过清除picasso域名的cdn缓存，就能保证基本所有的场景都能看到新的图片内容。

客户端及浏览器缓存

通过多副本和图片域名收敛，cdn的缓存问题得到了解决。但在cdn之上，用户图片访问首先是来自客户端或者浏览器，这里也会有一层缓存。

大家知道，浏览器的缓存都遵循标准的http max-age协议，指定该header后，到了时间图片就会失效，访问到新的图片。所以我们可以在源站img-picasso回源给cdn时，添加max-age协议头，值为1分钟，cdn会原封不动的透给浏览器，这样浏览器就可以实现1分钟内图片缓存失效，重新到cdn拉新的图片资源。

对于手机淘宝客户端，我们在原有的LRU缓存机制之上，另外支持标准的http协议。这样，手机淘宝也实现了1分钟内图片缓存失效。

提前预热CDN图片

通过改图保持图片URL不变，我们解决了改图对商品链路缓存的影响。但是，图片变化时，虽然URL没有变，但我们清除了CDN缓存，导致用户访问时还是会回源到img-picasso源站，所以对图片源站的压力依然存在。

我们发现，商品的价格变化大部分发生在大促节奏变化的时刻，基于这个特点，我们通过提前合成图片，提前预热到CDN，可以实现图片切换瞬间生效，同时对源站没有压力。

具体方案如下：
（1）提前合成多波段图片：我们知道大促期间商家集中换图的时间点后，按这些时间点把图片的展示分成多个波段，每个波段图片提前合成，并提前将图片URL写入到商品中心扩展结构中。
（2）图片访问路由：营销系统根据配置的大促氛围切换计划，告诉鹿班图片二方包，当前是哪个波段，鹿班根据当前波段及场景，返回正确的图片URL给各个场景。
（3）图片渲染：各个场景拿到图片URL后，结合自身的业务逻辑，决定是否要展现该图片。
（4）CDN图片预热：为了避免图片集中切换时，把源站击垮，我们会在集中切换前把这些冷图片内容预热到CDN。
（5）波段内图片变化：提前合成各个波段图片后，商家可能会临时发券/改价，导致商品价格再次变化，对于这类换图需求，为了避免更新商品中心的图片URL，我们通过本文上一章节刷CDN缓存的方式实现。

总结和展望

CDN技术广泛应用于互联网的各个场景，如今的CDN服务商，都提供了非常简单的业务接入方式，而且CDN的费用每年都在降低，这一切使得CDN的接入和使用成本越来越低。

本文通过淘宝图片业务的例子，为大家阐述了使用CDN过程中可能遇到的问题和解决思路。

淘宝的图片业务除了访问量大，还会面临更新频繁的问题。图片的频繁更新，一方面会由于商品上的图片url变化，导致商品缓存失效，另一方面会大幅降低CDN的图片访问缓存命中率。

针对图片url变化导致商品缓存失效的问题，我们通过刷新cdn缓存，用户访问时重新回源的方式，实现了改图保持图片url不变，这个过程中了，我们解决了一些列的问题，包括：OSS三地同步更新、图片尺寸收敛、图片域名收敛、客户端及浏览器本地缓存。

针对改图降低CDN图片缓存命中率的问题，我们根据业务的特点，提前合成不同波段的图片，并预热到CDN，保障了源站的安全。

目前，淘宝上用户看到的图片，都是提前合成好的。未来，我们考虑在用户访问图片时，实时合成图片。通过这项技术，可以实时感知业务更多的实时信息，可以根据这些信息，在图片上合成当前用户或者环境更匹配的文案/元素等内容，给用户带来更多的惊喜。

当然，实时合图也会面临更多的挑战，如：计算能力、合图性能。此外，对于CDN而言，由于每次用户访问的内容是临时合成的，CDN的缓存策略也是一个很大的挑战。

技术来驱动业务！！！淘宝鹿班团队，长期聚焦在图片及视频领域，通过技术创新，提升商家的经营效率及用户的体验，如果你对图片或者视频技术感兴趣，或者希望接触到高并发的工程系统，希望通过code改变世界，欢迎加入我们！！！ zhaoming.ywt@taobao.com

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其实在这个提问下，很多大佬和机构号已经把这个问题解释的很清楚了，我如果也硬邦邦的班门弄斧一通，也基本上没什么意思。

但最近刚好有好几个小伙伴忽然跑来问我，如果说CDN的功效在于加速访问的话，那么它和网游加速器有什么区别？

坦白说，这并不是一个聪明的问题。

但对于绝大多数对于CDN完全不了解原理的，同时也没有精力和兴趣阅读以上那些大佬更精准回答的门外汉来说，这算得上一个好问题。

所以我今天，就尽量通俗易懂的给门外汉们塑料科普一下，CDN究竟是何方神圣。

我先讲个今年过年时候的事情。

除夕那天晚饭后，家里的长辈都凑在一起看春晚，而我和我这一辈的弟弟妹妹没有自虐的习惯，所以我就召集他们一起，拿电脑看了个电影，茱莉亚罗伯茨主演的《奇迹男孩》。

桌子那边有一个盛放各类坚果的筐，然后这几个孩子一会儿站起来一趟，伸着腰抓一把榛子放在自己眼前。

过一会儿又一个站起来，又抓一把搁在眼前，也不嫌累。

就这么一趟又一趟，如果放在我们小的时候，准会被家里的长辈说教一通。

我看不过去，转身到厨房拿来一个放水果的盘子，从筐里把坚果盛出一半，直接摆在他们眼前，他们抬头看了我一眼，于是这一席小家伙再没有一个人起身，从筐里抓坚果。

你如果问我CDN是什么，我会说“我把坚果从一个距离他们很远的筐里盛出来，放在距离他们很近的眼前，让他们不用一次次起身费劲的去抓，而是坐在那儿就能够到”的行为，就是CDN。

我再举个例子。

你在一个园区内工作，你直接访问网络的端口带宽被限定为了2M，这也就意味着你如果要下载一个蓝光资源，那基本是一个让人欲哭无泪的龟速，对吧。

但如果有一个特别热门的资源，比如说最近的《复联4》和《权游8》，园区网内部的缓存设备，如果发现很多人都在用2M的带宽龟速下载同一个热门的资源的话，它就会把它缓存下来，这样的好处是，每个人都可以用内网中远远高于2M的带宽来进行下载。

而且不用占用访问外网的带宽，同时目标网站的的服务器压力也小的多。

如果让我粗浅甚至不够准确的解释CDN的话，我更愿意用这样这样的更直接的方式来讲：

“如果我们把某种网络资源，看成是某种路途遥远又曲折的，很多人都喜欢吃的美食，CDN就是把他们一次性的空降到我们面前（并且假设可以共享且取之不尽），让我们轻而易举的大快朵颐”。

在我看来，CDN的本质是缓存，而内核中支撑它的互联网精神则是共享。

回到最开始小伙伴们问我的那个问题，CDN和网游加速器有什么区别？

这的确是一个容易外行产生幻觉的问题。

从效果上来看，无论是CDN还是网游加速器，都是让网络访问（视频，网页加载，直播，游戏等）变快了，但从原理上它们还是有区别的。

当我们玩游戏的时候，如果不打开加速器，是用户通过运营商直接访问游戏服务器，而中间所走的这条链路，我们可以把它看成是一条巨慢无比的乡道。

而打开了游戏加速器之后，用户走到游戏加速服务器将走的是一条高速，而游戏加速器访问游戏服务器的，将是另外一条高速。

两条高速路的里程或许会更长，但速度却要远远快于乡道。

所以说，CDN的本质上是将媒体资源，动静态图片（Flash），HTML，CSS，JS等等内容缓存到距离你更近的IDC，从而让用户进行共享资源，实现缩减站点间的响应时间等等需求，而网游加速器的本质则是通过建立高带宽机房，架设多节点服务器来为用户进行加速。

那么好，说清楚了CDN是什么之后，其实这个问题中的第二问的答案就很简单了，CDN的优势很简单，就是快。

但这里其实有一个问题，很多不了解这个行业的朋友可能会有误会，这几年高歌猛进的CDN厂商，比如说2018年发展的特别迅猛的京东云，似乎都是依托云服务的，但实际上，CDN的概念其实远远要早于云服务，只是这几年由于技术，创新和意识上，传统的CDN厂商的市场份额由于云服务厂商的杀进，而被大量蚕食掉了，才导致了这种错觉的产生。

所以，如果一定要说CDN的优势的话，我们不如与时俱进的简单聊一聊，基于云服务的CDN的优势到底是怎样的。

我们目前所处的这个时代，在互联网生活圈层里，视频和直播在数据上巨大的吞吐量，是区别于其他时代的一个明显的标志。

所以，一个基于云服务的，更智能的视频CDN3.0时代已经到来，这个确定性的前景面前，视频提供商对于CDN服务的需求也将与日俱增，以解决随之而来的诸如带宽费用高昂，画面卡顿，用户体验差等一系列棘手问题，而这些需求是传统CDN服务商无法解决的。

因为视频行业不光需要CDN和带宽，还需要一整套包括编码，转码，主机，存储，AI等等在不同场景下得到保障的解决方案，这件事只能由云服务厂商才能完成。

也就是说，变的更智能，是CDN在这个时代必须完成的进化。

还是拿京东云来举例子说，在去年十月工信部发布的“领取《中华人民共和国增值电信业务经营许可证》通知”中，京东云成为了获批全国CDN经营资质的14家公司之一，但这仅仅是一个基础。

京东作为一个服务全国2亿人的电商平台，关起门的杀手锏在于其自家的物流基础设施，而京东云则让中国社会化物流成本降低了70％，也就是说在CDN服务上，拥有全国经营资质当然很重要，但如何让CDN服务上云后变得更智能，其实更重要。

举个例子说，京东云独创Super HA服务架构可以提供全行业最靠谱的可用性保障，，同时已经经获得了云主机，云硬盘，云存储，主机镜像以及数据库等核心服务的全面支持，并且连续签下了奇虎360和爱奇艺两家视频类客户，在业内算是释放了一个高调杀入战阵的信号。

也就是说，当我们面对一个直播和短视频无处不在的时代，一个在以往任何时代都显得格外恐怖的数据吞吐量，CDN的优势必须插上云服务的，智能的翅膀。

这才是CDN为这个时代的互联网生活半径赋能时，真真切切体现出的优势。