Mitä on skaalautuvuus ja miten se saavutetaan?

Question

Accepted Answer

**Skaalautuvuus** on järjestelmän kyky **käsitellä lisääntynyttä kuormaa** (enemmän käyttäjiä, pyyntöjä, dataa) lisäämällä resursseja. Sen saavuttaminen edellyttää **vertikaalista skaalaamista** (suurempia koneita) ja erityisesti **horisontaalista skaalaamista** (enemmän koneita), sekä tekniikoita kuten kuormantasapainon, välimuistintamisen ja distribuution.

## Mitä skaalautuvuus on

```text
SCALABILITY = the ability to handle GROWTH (more load) by adding resources, maintaining
performance:
  → a scalable system handles 10x or 100x the load by adding capacity
  → a non-scalable system degrades/fails as load grows (a bottleneck)
→ essential because successful systems grow.
```

## Vertikaali versus horisontaali skaalaaminen

```text
VERTICAL (scale UP) → a BIGGER machine (more CPU, RAM):
  ✓ simple (no app changes)  ✗ LIMITS (max machine size); expensive; single point of
    failure; downtime to upgrade
HORIZONTAL (scale OUT) → MORE machines (add servers; distribute load):
  ✓ scales nearly unlimited; redundancy/fault tolerance; the approach for large scale
  ✗ more complex (distributed system; need load balancing, statelessness, data distribution)
→ Horizontal scaling is key for large-scale systems (add commodity machines vs one giant one).
```

## Skaalaamistekniikat

```text
✓ LOAD BALANCING → distribute requests across multiple servers (enables horizontal scaling)
✓ STATELESS services → so any server can handle any request (essential for horizontal scaling)
✓ CACHING → reduce load on databases/backends (serve from fast cache)
✓ DATABASE scaling → replication (read scaling), sharding (split data), caching
✓ ASYNC processing / queues → handle work without blocking; absorb spikes
✓ CDN → distribute static content; microservices → scale parts independently
```

## Miksi se on tärkeää

Skaalautuvuuden ymmärtäminen on perustava, koska **kasvun käsittely on onnistuneiden järjestelmien ydinomus**, ja skaalautuvuus on keskeinen järjestelmäsuunnittelussa, joten se on olennaista tietoa.

Skaalautuvuus — lisääntyneen kuorman käsittely lisäämällä resursseja suorituskyvyn säilyttäen — on välttämätöntä, koska menestyvät järjestelmät kasvavat (enemmän käyttäjiä, liikennettä, dataa), ja järjestelmä, joka ei pysty skaalautumaan, heikkenee tai kaatuu pullonkaulaksi.

Ymmärtäminen **vertikaalin ja horisontaalin skaalaamiseneron** on perustavaa: vertikaalinen skaalaaminen (suurempi kone) on yksinkertaista mutta rajallista (maksimi konekoko, kustannus, yksittäinen vikaantumispiste), kun taas **horisontaalinen skaalaaminen** (enemmän koneita) skaalautuu lähes rajattomasti redundanssin kanssa, mutta vaatii hajautettujen järjestelmien monimutkaisuutta (kuormantasapainoa, tilattomia palveluja, datan distribuutiota).

Ymmärtäminen, että **horisontaalinen skaalaaminen on avain suurten järjestelmien kannalta** (vakiokoneiden lisääminen yhden jättävän koneen sijasta) on keskeinen järjestelmäsuunnittelun käsite.

Ymmärtäminen **tekniikoista** — **kuormantasapainosta** (pyyntöjen distribuointi, horisontaalisen skaalaamisena mahdollistaminen), **tilattomista palveluista** (joten mikä tahansa palvelin käsittelee minkä tahansa pyynnön, välttämätön horisontaaliselle skaalaamiselle), **välimuistintamisesta** (backend-kuorman vähentäminen), **tietokannan skaalaamisesta** (replikointi, shardaaminen), **asynkronisesta käsittelystä/jonoista** (piikkien absorbointi), ja CDN:istä ja miktopalveluista — tarjoaa työkalupaketin skaalautuvien järjestelmien rakentamiselle.

Nämä tekniikat ilmenevät uudelleen läpi järjestelmäsuunnittelun.

Koska kasvun käsittely on ydinomus ja skaalautuvuus (erityisesti horisontaalinen skaalaaminen sen tukevien tekniikoiden kanssa) on tapa, jolla järjestelmät käsittelevät lisääntyneet kuorman, ja koska skaalaamislähestymistapojen ja tekniikoiden ymmärtäminen on perustavaa järjestelmäsuunnittelussa, skaalautuvuuden ymmärtäminen on välttämätöntä, perustava järjestelmäsuunnittelun tieto — keskeinen kasvun käsittelevien järjestelmien rakentamiseen, ydinahde käytännöllisesti katsoen kaikissa järjestelmäsuunnittelussa, ja perusta sille, miten suuret järjestelmät rakentuvat käsittelemään valtavaa kuormaa.