Czym jest skalowalność i jak ją osiągnąć?

Question

Accepted Answer

**Skalowalność** to zdolność systemu do **obsługi zwiększonego obciążenia** (więcej użytkowników, żądań, danych) przez dodanie zasobów. Osiągnięcie jej polega na **skalowaniu wertykalnym** (większe maszyny) i szczególnie **skalowaniu horyzontalnym** (więcej maszyn), wraz z technikami takimi jak load balancing, caching i dystrybucja.

## Czym jest skalowalność

```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.
```

## Skalowanie wertykalne a horyzontalne

```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).
```

## Techniki skalowania

```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
```

## Dlaczego to ważne

Rozumienie skalowalności jest fundamentalne, ponieważ **obsługa wzrostu jest podstawowym wymogiem dla udanych systemów**, a skalowalność jest kluczowa dla projektowania systemów, więc jest to wiedza niezbędna.

Skalowalność — obsługa zwiększonego obciążenia przez dodanie zasobów przy zachowaniu wydajności — jest niezbędna, ponieważ udane systemy rosną (więcej użytkowników, ruchu, danych), a system, który nie może się skalować, degraduje się lub zawiedzie w wyniku wąskiego gardła.

Rozumienie **rozróżnienia między skalowaniem wertykalnym a horyzontalnym** jest fundamentalne: skalowanie wertykalne (większa maszyna) jest proste, ale ograniczone (maksymalny rozmiar maszyny, koszt, pojedynczy punkt awarii), podczas gdy **skalowanie horyzontalne** (więcej maszyn) skaluje się niemal bez ograniczeń z redundancją, ale wymaga złożoności systemów rozproszonych (load balancing, bezstanowość, dystrybucja danych).

Rozumienie, że **skalowanie horyzontalne jest kluczowe dla systemów na dużą skalę** (dodawanie zwykłych maszyn zamiast jednej gigantycznej) jest kluczową koncepcją projektowania systemów.

Rozumienie **technik** — **load balancing** (dystrybucja żądań, umożliwienie skalowania horyzontalnego), **usług bezstanowych** (aby każdy serwer obsługiwał każde żądanie, niezbędne dla skalowania horyzontalnego), **caching** (zmniejszenie obciążenia backendu), **skalowanie bazy danych** (replikacja, sharding), **przetwarzanie asynchroniczne/kolejki** (absorpcja skoków), oraz CDN i mikrousługi — zapewnia zestaw narzędzi do budowania skalowalnych systemów.

Te techniki pojawiają się wielokrotnie w projektowaniu systemów.

Ponieważ obsługa wzrostu jest wymogiem podstawowym, a skalowalność (zwłaszcza skalowanie horyzontalne z wspierającymi ją technikami) to sposób, w jaki systemy obsługują zwiększające się obciążenie, oraz ponieważ rozumienie podejść i technik skalowania jest fundamentalne dla projektowania systemów, zrozumienie skalowalności jest niezbędną, fundamentalną wiedzą z zakresu projektowania systemów — centralną dla budowania systemów obsługujących wzrost, podstawowym zagadnieniem w praktycznie każdym projektowaniu systemów, i fundamentem do zrozumienia, jak systemy na dużą skalę są budowane do obsługi ogromnych obciążeń.