架構(gòu)定義

什么是架構(gòu)

一直以來，在軟件行業(yè)，對(duì)于什么是架構(gòu)，都有很多的爭論，每個(gè)人都有自己的理解。為了準(zhǔn)確的理解架構(gòu)，我們將和架構(gòu)有關(guān)系而且相似的幾個(gè)概念進(jìn)行梳理：

系統(tǒng)（system）:泛指由一群有關(guān)聯(lián)的個(gè)體組成，根據(jù)某種規(guī)則運(yùn)作，能完成個(gè)別元件不能單獨(dú)完成的工作的群體。系統(tǒng)分為自然系統(tǒng)與人為系統(tǒng)兩大類。

模塊（Module）：是一套一致而互相有緊密關(guān)連的軟件組織。它分別包含了程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩部分。

組件（Component）：自包含的、可編程的、可重用的、與語言無關(guān)的軟件單元，軟件組件可以很容易被用于組裝應(yīng)用程序中。

軟件框架（Software Framework），通常指的是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)或完成特定基本任務(wù)的軟件組件規(guī)范，也指為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)軟件組件規(guī)范時(shí)，提供規(guī)范所要求之基礎(chǔ)功能的軟件產(chǎn)品。

維基百科對(duì)于軟件架構(gòu)的定義：軟件架構(gòu)（ Software Architecture）是有關(guān)軟件整體結(jié)構(gòu)與組件的抽象描述，用于指導(dǎo)大型軟件系統(tǒng)各個(gè)方面的設(shè)計(jì)。

我比較認(rèn)可的軟件架構(gòu)定義如下：軟件架構(gòu)定義了軟件有哪些組件，模塊，框架組成，以及他們是怎么交互了連通，體現(xiàn)了軟件的其他非功能特性，例如擴(kuò)展性，可維護(hù)性。

架構(gòu)目的

從這個(gè)定義上看，也不是很清晰。為了講清楚這個(gè)問題，我們先來看看為什么會(huì)產(chǎn)生架構(gòu)。從軟件開發(fā)進(jìn)化的歷史，探索一下軟件架構(gòu)出現(xiàn)的歷史背景。

機(jī)器語言（1940 年之前）：直接使用二進(jìn)制碼 0 和 1 來表示機(jī)器可以識(shí)別的指令和數(shù)據(jù)，主要問題是三難：太難寫、太難讀、太難改！

匯編語言（20 世紀(jì) 40 年代）：為了解決機(jī)器語言編寫、閱讀、修改復(fù)雜的問題，匯編語言應(yīng)運(yùn)而生。但是本身編寫復(fù)雜,同時(shí)還要考慮不同 CPU 的匯編指令和結(jié)構(gòu)是不同的。

高級(jí)語言（20 世紀(jì) 50 年代）：這些語言讓程序員不需要關(guān)注機(jī)器底層的低級(jí)結(jié)構(gòu)和邏輯，而只要關(guān)注具體的問題和業(yè)務(wù)即可。

第一次軟件危機(jī)與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（20 世紀(jì) 60 年代~20 世紀(jì) 70 年代） ：高級(jí)語言的出現(xiàn)，解放了程序員，但好景不長，隨著軟件的規(guī)模和復(fù)雜度的大大增加，20 世紀(jì) 60 年代中期開始爆發(fā)了第一次軟件危機(jī)，典型表現(xiàn)有軟件質(zhì)量低下、項(xiàng)目無法如期完成、項(xiàng)目嚴(yán)重超支等，因?yàn)檐浖鴮?dǎo)致的重大事故時(shí)有發(fā)生。為了解決問題，“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)”被提了出來。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)本質(zhì)上還是一種面向過程的設(shè)計(jì)思想，但通過“自頂向下、逐步細(xì)化、模塊化”的方法，將軟件的復(fù)雜度控制在一定范圍內(nèi)，從而從整體上降低了軟件開發(fā)的復(fù)雜度。

第二次軟件危機(jī)與面向?qū)ο螅旱诙诬浖C(jī)主要體現(xiàn)在軟件的“擴(kuò)展”變得非常復(fù)雜。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)雖然能夠解決（也許用“緩解”更合適）軟件邏輯的復(fù)雜性，但是對(duì)于業(yè)務(wù)變化帶來的軟件擴(kuò)展卻無能為力，軟件領(lǐng)域迫切希望找到新的銀彈來解決軟件危機(jī)，在這種背景下，面向?qū)ο蟮乃枷腴_始流行起來。雖然面向?qū)ο箝_始也被當(dāng)作解決軟件危機(jī)的銀彈，但事實(shí)證明，和軟件工程一樣，面向?qū)ο笠膊皇倾y彈，而只是一種新的軟件方法而已。

軟件架構(gòu)：軟件架構(gòu)的出現(xiàn)有其歷史必然性。到了 20 世紀(jì) 90 年代“軟件架構(gòu)”開始流行，創(chuàng)造了“組件”概念。我們可以看到，“模塊”“對(duì)象”“組件”本質(zhì)上都是對(duì)達(dá)到一定規(guī)模的軟件進(jìn)行拆分，差別只是在于隨著軟件的復(fù)雜度不斷增加，拆分的粒度越來越粗，拆分的層次越來越高。

架構(gòu)設(shè)計(jì)的目的：為了解決復(fù)雜度帶來的問題

架構(gòu)復(fù)雜度來源

高性能

軟件系統(tǒng)中高性能帶來的復(fù)雜度主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是單臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部為了高性能帶來的復(fù)雜度；另一方面是多臺(tái)計(jì)算機(jī)集群為了高性能帶來的復(fù)雜度。

1. 提高單機(jī)性。針對(duì)單臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過升級(jí)軟、硬件能力實(shí)現(xiàn)性能提升。例如增大內(nèi)存減少I/O操作（更換為固態(tài)硬盤（SSD）提升I/O訪問速度、使用RAID增加I/O吞吐能力）。能常見的技術(shù)點(diǎn)：多進(jìn)程，多線程，進(jìn)程間通信，并發(fā)。常見的服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，SMP （Symmetric Multiprocessing） , 對(duì)稱多處理器、NUMA （ Non-Uniform Memory Access），非均勻訪問存儲(chǔ)模型、MPP (Massively ParallelProcessing)，海量并行處理架構(gòu)。
2. 提高集群性能。利用合理的任務(wù)分配與任務(wù)分解實(shí)現(xiàn)性能的提升.常見的技術(shù)點(diǎn)：分配算法，負(fù)載均衡，系統(tǒng)拆分。

高可用

高可用是指系統(tǒng)無中斷地執(zhí)行其功能的能力，代表系統(tǒng)的可用性程度，本質(zhì)是通過“冗余”來實(shí)現(xiàn)。常見高可用類型包括計(jì)算高可用，存儲(chǔ)高可用。

可擴(kuò)展性

可擴(kuò)展性指系統(tǒng)為了應(yīng)對(duì)將來需求變化而提供的一種擴(kuò)展能力，當(dāng)有新的需求出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)不需要或者僅需要少量修改就可以支持，無須整個(gè)系統(tǒng)重構(gòu)或者重建。由于軟件系統(tǒng)固有的多變性，新的需求總會(huì)不斷提出來，因此可擴(kuò)展性顯得尤其重要。對(duì)架構(gòu)師要求：

1. 預(yù)測(cè)變化：如何把握預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性比較復(fù)雜，沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，靠直覺和經(jīng)驗(yàn)。
2. 應(yīng)對(duì)變化：技術(shù)上做到開閉原則，如何對(duì)擴(kuò)展開放付對(duì)修改關(guān)閉，抽象出穩(wěn)定和變化。

低成本

低成本可以是人力成本，服務(wù)器成本。低成本給架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的主要復(fù)雜度體現(xiàn)在，往往只有“創(chuàng)新”才能達(dá)到低成本目標(biāo)。這里的“創(chuàng)新”既包括開創(chuàng)一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域（這個(gè)要求對(duì)絕大部分公司太高），也包括引入新技術(shù)，如果沒有找到能夠解決自己問題的新技術(shù)，那么就真的需要自己創(chuàng)造新技術(shù)了。

安全

安全本身是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的技術(shù)領(lǐng)域，并且一旦出問題，對(duì)業(yè)務(wù)和企業(yè)形象影響非常大。

從技術(shù)的角度來講，安全可以分為兩類:

一類是功能上的安全;功能安全其實(shí)就是“防小偷”，本質(zhì)上是因?yàn)橄到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)有漏洞。常見的安全問題,例如:常見的XSS攻擊、CSRF攻擊、SQL注入等。

另一類是架構(gòu)上的安全。如果說“功能安全”是為了防小偷，那么架構(gòu)安全就是為了防強(qiáng)盜。

規(guī)模

規(guī)模帶來的復(fù)雜度主要原因在于“量變引起質(zhì)變”，當(dāng)數(shù)量超過一定閾值后，復(fù)雜度會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。常見的規(guī)模帶來的復(fù)雜度有:

1. 功能越來越多，導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜度指數(shù)越來越高;
2. 數(shù)據(jù)越來越多，系統(tǒng)的復(fù)雜度發(fā)生質(zhì)變;

架構(gòu)原則

合適原則

合適原則，合適優(yōu)于業(yè)界領(lǐng)先。真正優(yōu)秀的架構(gòu)都是在企業(yè)當(dāng)前人力、條件、業(yè)務(wù)等各種約束下設(shè)計(jì)出來的，能夠合理地將資源整合在一起并發(fā)揮出最大功效，并且能夠快速落地，不要面向簡歷去設(shè)計(jì)架構(gòu)，高大上的架構(gòu)不等于適用。

簡單原則

簡單原則，簡單優(yōu)于復(fù)雜。面對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)邏輯和復(fù)雜性，我們可以編寫出復(fù)雜的系統(tǒng)，但在軟件領(lǐng)域，復(fù)雜代表的是“問題”。架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果簡單的方案和復(fù)雜的方案都可以滿足需求，最好選擇簡單的方案。其實(shí)，簡單比復(fù)雜更加困難。

演化原則

演化原則，演化優(yōu)于一步到位。業(yè)務(wù)在發(fā)展、技術(shù)在創(chuàng)新、外部環(huán)境在變化，這一切都是在告誡架構(gòu)師不要貪大求全，或者盲目照搬大公司的做法。應(yīng)該認(rèn)真分析當(dāng)前業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，明確業(yè)務(wù)面臨的主要問題，設(shè)計(jì)合理的架構(gòu)，快速落地以滿足業(yè)務(wù)需要，然后在運(yùn)行過程中不斷完善架構(gòu)，不斷隨著業(yè)務(wù)演化架構(gòu)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)流程

識(shí)別復(fù)雜度

識(shí)別復(fù)雜度主要的復(fù)雜度問題列出來，然后根據(jù)業(yè)務(wù)、技術(shù)、團(tuán)隊(duì)等綜合情況進(jìn)行排序，優(yōu)先解決當(dāng)前面臨的最主要的復(fù)雜度問題。

（1）構(gòu)建復(fù)雜度的來源清單——高性能、可用性、擴(kuò)展性、安全、低成本、規(guī)模等。

（2）結(jié)合需求、技術(shù)、團(tuán)隊(duì)、資源等對(duì)上述復(fù)雜度逐一分析是否需要？是否關(guān)鍵？ “高性能”主要從軟件系統(tǒng)未來的TPS、響應(yīng)時(shí)間、服務(wù)器資源利用率等客觀指標(biāo)，也可以從用戶的主觀感受方面去考慮。 “可用性”主要從服務(wù)不中斷等質(zhì)量方面去考慮。 “擴(kuò)展性”則主要從功能需求的未來變更幅度等方面去考慮。

（3）按照上述的分析結(jié)論，得到復(fù)雜度按照優(yōu)先級(jí)的排序清單，越是排在前面的復(fù)雜度，就越關(guān)鍵，就越優(yōu)先解決。

設(shè)計(jì)備選方案

確定了系統(tǒng)面臨的主要復(fù)雜度問題后，方案設(shè)計(jì)就有了明確的目標(biāo)，我們就可以開始真正進(jìn)行架構(gòu)方案設(shè)計(jì)了

架構(gòu)設(shè)計(jì)備選方案的工作更多的是從需求、團(tuán)隊(duì)、技術(shù)、資源等綜合情況出發(fā)，對(duì)主流、成熟的架構(gòu)模式進(jìn)行選擇、組合、調(diào)整、創(chuàng)新。

(1)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)方案。因?yàn)榭蛇x的模式有很多，組合的方案更多，往往一個(gè)問題的解決方案有很多個(gè)；如果再在組合的方案上進(jìn)行一些創(chuàng)新，解決方案會(huì)更多。簡單原則，適合原則。

(2)看看業(yè)界優(yōu)秀的方案是什么，和我們業(yè)務(wù)場(chǎng)景比較，比較關(guān)鍵復(fù)雜度問題

(3)設(shè)計(jì)多個(gè)備選方案，3-5個(gè)左右，備選方案有差異，

評(píng)估和選擇備選方案

列出我們需要關(guān)注的質(zhì)量屬性點(diǎn)，然后分別從這些質(zhì)量屬性的維度去評(píng)估每個(gè)方案，再綜合挑選適合當(dāng)時(shí)情況的最優(yōu)方案。質(zhì)量屬性按照優(yōu)先級(jí)排序，首先挑選滿足第一優(yōu)先級(jí)的，如果方案都滿足，那就再看第二優(yōu)先級(jí)……以此類推。不要糾結(jié)，當(dāng)差不多的時(shí)候，先落地比爭論搖擺要強(qiáng)

詳細(xì)方案設(shè)計(jì)

詳細(xì)方案設(shè)計(jì)就是將方案涉及的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)給確定下來。

架構(gòu)模式實(shí)戰(zhàn)

高性能架構(gòu)模式

存儲(chǔ)高性能

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。單個(gè)數(shù)據(jù)庫無法滿足業(yè)務(wù)需要，必須考慮數(shù)據(jù)庫集群的方式。高性能數(shù)據(jù)庫集群的第一種方式“讀寫分離”，將訪問的壓力分散到集群的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上去。第二種方式“分庫分表”分散訪問壓力，分散存儲(chǔ)壓力。常見的開源框架：淘寶TDDL，360的Atlas。

高性能NOSQL:常見的NoSQL 方案有如下4 類:

• K-V 存儲(chǔ)：解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫無法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問題，以redis 為代表。
• 文檔數(shù)據(jù)庫：解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫強(qiáng)schema 約束的問題，以MongoDB 為代表。
• 列式數(shù)據(jù)庫： 解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)場(chǎng)景下的I/O 問題，以HBase 為代表。
• 全文搜索引擎：解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫的全文搜索性能問題，以Elasticsearch 為代表。

緩存：緩存就是為了彌補(bǔ)存儲(chǔ)系統(tǒng)在這些復(fù)雜業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的不足，其基本原理是將可能重復(fù)使用的數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中，一次生成、多次使用，避免每次使用都去訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)。緩存常見問題有緩存雪崩、緩存穿透、緩存預(yù)熱、緩存熱點(diǎn)等。

• 緩存雪崩是指當(dāng)緩存失效（過期）后引起系統(tǒng)性能急劇下降的情況。
• 緩存穿透是指緩存沒有發(fā)揮作用，業(yè)務(wù)系統(tǒng)雖然去 查緩存，但沒有命中，就需要再次去存儲(chǔ)系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)。
• 緩存預(yù)熱（warm up）指系統(tǒng)上線后，將相關(guān)的緩存數(shù)據(jù)直接加載到緩存系統(tǒng)，而不是等待用戶訪問才來觸發(fā)緩存加載。
• 緩存熱點(diǎn)：對(duì)于一些特別熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果大部分甚至所有的業(yè)務(wù)請(qǐng)求都命中同一份緩存數(shù)據(jù)，則這份數(shù)據(jù)所在的緩存服務(wù)器的壓力也很大

計(jì)算高性能

計(jì)算高性能主要集中在兩方面：

(1 ）盡量提升單服務(wù)器的性能，將單服務(wù)器的性能發(fā)揮到極致。

(2 ）如果單服務(wù)器無法支撐性能，設(shè)計(jì)服務(wù)器集群方案。

單機(jī)服務(wù)器高性能。單機(jī)高性能關(guān)鍵之一網(wǎng)絡(luò)編程模型涉及到兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：I/O 模型和進(jìn)程模型

• I/0 模型：阻塞、非阻塞、同步、異步。
• 進(jìn)程模型：單進(jìn)程、多進(jìn)程、多線程 PPC,TPC,Reactor,Proactor

集群高性能。高性能集群的本質(zhì)很簡單，通過增加更多的服務(wù)器來提升系統(tǒng)整體的計(jì)算能力。高性能集群的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在負(fù)載均衡和分配算法。

1. 負(fù)載均衡：常用的負(fù)載均衡系統(tǒng)包括3種:DNS負(fù)載均衡、硬件負(fù)載均衡和軟件負(fù)載均衡。DNS負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)簡單、成本低，但也存在粒度太粗、負(fù)載均衡算法少等缺點(diǎn)。軟件和硬件的最主要區(qū)別就在于性能，硬件負(fù)載均衡性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟件負(fù)載均衡性能。Nginx的性能是萬級(jí)，一般的linux服務(wù)器上裝一個(gè)Nginx大概能到5萬/秒；LVS的性能是十萬級(jí)，據(jù)說可達(dá)到80萬/秒；而F5性能是百萬級(jí)，從200萬/秒到800萬/秒都有。

上述三種負(fù)載均衡的分類架構(gòu)，各有自己的所長，其實(shí)可以遵循一個(gè)組合原則來使用它們。

1. 負(fù)載均衡常見算法：

根據(jù)算法期望達(dá)到的目的，大體可以分為這么幾類：

（1）任務(wù)平分類：負(fù)載均衡系統(tǒng)將接收到的任務(wù)平均分配給服務(wù)器進(jìn)行處理

（2）負(fù)載均衡類：負(fù)載均衡系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)器的負(fù)載來進(jìn)行分配，

（3）性能最優(yōu)類：負(fù)載均衡系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間來進(jìn)行任務(wù)分配

（4）Hash類：負(fù)載均衡系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)中的某些關(guān)鍵信息進(jìn)行Hash運(yùn)算

高可用架構(gòu)模式

高可用架構(gòu)理論

CAP理論：在一個(gè)分布式系統(tǒng)(指互相連接并共享數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的集合)中，當(dāng)涉及讀寫操作時(shí)，只能保證一致性(Consistence)、可用性(Availability)、 分區(qū)容錯(cuò)性(Partition Tolerance)三者中的兩個(gè)，另外一個(gè)必須被犧牲。

可以注意上述描述中著重強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：互相連接和共享數(shù)據(jù)。因?yàn)榉植际较到y(tǒng)并不一定會(huì)互聯(lián)和共享數(shù)據(jù)，只有滿足這兩點(diǎn)的系統(tǒng)才符合CAP理論。CAP原理是忽略網(wǎng)絡(luò)延遲的。

BASE是Basically Available(基本可用)、SofState(軟狀態(tài))和Eventually Consistency(最終一致性)三個(gè)短語的縮寫，其核心思想是即使無法做到強(qiáng)一致性(CAP的一致性就是強(qiáng)一致性)，但應(yīng)用可以采用適合的方式達(dá)到最終一致性(Eventual Consistency)。

當(dāng)談到數(shù)據(jù)一致性時(shí)，CAP、ACID、BASE難免都會(huì)被拿出來進(jìn)行討論的，原因在于這三者都是和數(shù)據(jù)一致性相關(guān)的理論。ACID，數(shù)據(jù)庫事務(wù)的特性。CAP，分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。BASE，也是分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，延伸了CAP理論中AP方案。

FEMA分析方法

FMEA（Failure mode and effects analysis，故障模式與影響分析）又稱為失效模式與后果分析

FMEA 是一種在各行各業(yè)都有廣泛應(yīng)用的可用性分析方法，通過對(duì)系統(tǒng)范圍內(nèi)潛在的故障模式加以分析，并按照嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，以確定失效對(duì)于系統(tǒng)的最終影響。

回到軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，F(xiàn)MEA 并不能指導(dǎo)我們?nèi)绾巫黾軜?gòu)設(shè)計(jì)，而是當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)架構(gòu)后，再使用 FMEA 對(duì)這個(gè)架構(gòu)進(jìn)行分析，看看架構(gòu)是否還存在某些可用性的隱患。

在架構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，F(xiàn)MEA的具體分析方法如下：

1. 給出初始的架構(gòu)圖
2. 假設(shè)架構(gòu)中某個(gè)部件發(fā)生故障
3. 分析此故障對(duì)系統(tǒng)功能的影響
4. 根據(jù)分析結(jié)果，判斷架構(gòu)是否需要優(yōu)化。

存儲(chǔ)高可用

存儲(chǔ)高可用的本質(zhì)是通過將數(shù)據(jù)復(fù)制到多和存儲(chǔ)設(shè)備，通過數(shù)據(jù)的冗余方式來實(shí)現(xiàn)高可用。常見高可用存儲(chǔ)架構(gòu)：主備（備庫只是一個(gè)備份），主從（主機(jī)負(fù)責(zé)讀寫，備庫可以用來讀），主主（都可以負(fù)責(zé)讀寫，保障數(shù)據(jù)能夠被雙向復(fù)制），數(shù)據(jù)分散集群（急群眾的每臺(tái)服務(wù)器會(huì)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)一部分?jǐn)?shù)據(jù)，同時(shí)也會(huì)備份一份數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)按照地理級(jí)別分區(qū)主備架構(gòu)一些復(fù)雜點(diǎn)：主備狀態(tài)判斷（常見直連方式，中介方式，客戶端判斷），數(shù)據(jù)一致性。

在數(shù)據(jù)一致性中，常見技術(shù)有分布式事務(wù)例如 兩階段提交，三階段提交；一致性算法例如Paxos,Raft,ZAB。

計(jì)算高可用

計(jì)算高可用的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是當(dāng)出現(xiàn)部分硬件損壞時(shí)，計(jì)算任務(wù)能夠繼續(xù)正常運(yùn)行。因此計(jì)算高可用的本質(zhì)是通過冗余來規(guī)避部分故障的風(fēng)險(xiǎn)，單臺(tái)服務(wù)器是無論如何都達(dá)不到這個(gè)目標(biāo)的。所以計(jì)算高可用的設(shè)計(jì)思想很簡單：通過增加更多服務(wù)器來達(dá)到計(jì)算高可用。計(jì)算高可用架構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度主要體現(xiàn)在任務(wù)管理方面，即當(dāng)任務(wù)在某臺(tái)服務(wù)器上執(zhí)行失敗后，如何將任務(wù)重新分配到新的服務(wù)器進(jìn)行執(zhí)行。計(jì)算高可用架構(gòu)：主備，計(jì)算集群。

業(yè)務(wù)高可用

從“異地多活”和“接口級(jí)別故障”兩個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，考慮如何保障業(yè)務(wù)高可用。

異地多活是指，正常情況下用戶無論訪問哪一個(gè)地點(diǎn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都能夠得到正確的業(yè)務(wù)服務(wù)；若某個(gè)地方業(yè)務(wù)異常的時(shí)候，用戶訪問其他不同地理位置正常的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也能夠得到正確的業(yè)務(wù)服務(wù)。

異地多活架構(gòu)設(shè)計(jì)是為了應(yīng)對(duì)在一些極端場(chǎng)景下，服務(wù)器出現(xiàn)故障如機(jī)房斷電、地震等等。但是，要實(shí)現(xiàn)異地多活的代價(jià)比較高，一方面系統(tǒng)的復(fù)雜度會(huì)變變高；另一方面，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本也會(huì)變高。

設(shè)計(jì)技巧：異地多活設(shè)計(jì)技巧：保證核心業(yè)務(wù)的異地多活、保證核心數(shù)據(jù)最終一致性、采用多種手段同步數(shù)據(jù)、只保證絕大部分用戶的異地多活。

異地多活方案主要針對(duì)系統(tǒng)級(jí)別的故障，而接口級(jí)別故障，顧名思義就是針對(duì)接口級(jí)別的故障。其典型表現(xiàn)就是，系統(tǒng)沒有宕機(jī)、網(wǎng)絡(luò)沒有中斷，但是業(yè)務(wù)出現(xiàn)問題。內(nèi)部可能是程序bug問題，外部可能是黑客攻擊、大量請(qǐng)求訪問等等。解決辦法一般分為三種：降級(jí)、熔斷、限流、排隊(duì)。

可擴(kuò)展架構(gòu)模式

軟件系統(tǒng)與硬件和建筑系統(tǒng)最大的差異在于軟件是可擴(kuò)展的，一個(gè)硬件生產(chǎn)出來后就不會(huì)再進(jìn)行改變。而我們需要不斷地讓軟件系統(tǒng)具備更多的功能和特性，滿足新的需求或者順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

如何避免擴(kuò)展時(shí)改動(dòng)范圍太大，是軟件架構(gòu)可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)的主要思考點(diǎn)。可擴(kuò)展架構(gòu)的基本思想就是：“拆”。就是將原本大一統(tǒng)的系統(tǒng)拆分成多個(gè)規(guī)模小的部分，擴(kuò)展時(shí)只修改其中一部分即可，無須整個(gè)系統(tǒng)到處都改。

可以減少改動(dòng)范圍，降低改動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。3種拆分思路，面向流程拆分、面向服務(wù)拆分、面向功能拆分。

1.面向流程拆分：將整個(gè)業(yè)務(wù)流程拆分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段作為一部分。面向流程拆分：展示層--》業(yè)務(wù)層--》數(shù)據(jù)層--》存儲(chǔ)層

 

2.面向服務(wù)拆分：將系統(tǒng)提供的服務(wù)拆分，每個(gè)服務(wù)作為一部分。面向服務(wù)拆分：注冊(cè)服務(wù)、登錄服務(wù)、信息管理服務(wù)、安全設(shè)置服務(wù)。

 

3.面向功能拆分：將系統(tǒng)提供的功能拆分，每個(gè)功能作為一部分。面向功能拆分：手機(jī)號(hào)注冊(cè)、郵箱注冊(cè)、手機(jī)號(hào)登錄、郵箱登錄、課程信息管理、成績信息管理、修改密碼、找回密碼。

 

面向流程拆分：分層架構(gòu)

分層架構(gòu)是很常見的架構(gòu)模式，它也叫 N 層架構(gòu)，通常情況下，N 至少是 2 層。例如，C/S 架構(gòu)、B/S 架構(gòu)。常見的是 3 層架構(gòu)（例如，MVC、MVP 架構(gòu)）、4 層架構(gòu)，5 層架構(gòu)的比較少見，一般是比較復(fù)雜的系統(tǒng)才會(huì)達(dá)到或者超過 5 層，比如操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)。

無論采取何種分層維度，分層架構(gòu)設(shè)計(jì)最核心的一點(diǎn)就是需要保證各層之間的差異足夠清晰，邊界足夠明顯，讓人看到架構(gòu)圖后就能看懂整個(gè)架構(gòu)，這也是分層不能分太多層的原因。

分層架構(gòu)另外一個(gè)典型的缺點(diǎn)就是性能，因?yàn)槊恳淮螛I(yè)務(wù)請(qǐng)求都需要穿越所有的架構(gòu)分層。

面向服務(wù)拆分：SOA、微服務(wù)

SOA 的全稱是 Service Oriented Architecture，中文翻譯為“面向服務(wù)的架構(gòu)”。為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng) IT 系統(tǒng)存在的問題，SOA 提出了 3 個(gè)關(guān)鍵概念。ESB:ESB 的全稱是 Enterprise Service Bus。松耦合:松耦合的目的是減少各個(gè)服務(wù)間的依賴和互相影響。服務(wù)：所有業(yè)務(wù)功能都是一項(xiàng)服務(wù)。

微服務(wù)架構(gòu)（Microservice Architecture）是一種架構(gòu)概念，微服務(wù)架構(gòu)是一種將單應(yīng)用程序作為一套小型服務(wù)開發(fā)的方法，每種應(yīng)用程序都在其自己的進(jìn)程中運(yùn)行，并與輕量級(jí)機(jī)制（通常是HTTP資源的API）進(jìn)行通信。這些服務(wù)是圍繞業(yè)務(wù)功能構(gòu)建的，可以通過全自動(dòng)部署機(jī)制進(jìn)行獨(dú)立部署。這些服務(wù)的集中化管理已經(jīng)是最少的，它們可以用不同的編程語言編寫，并使用不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

SOA 和微服務(wù)本質(zhì)上是兩種不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，只是在“服務(wù)”這個(gè)點(diǎn)上有交集而已。

 

 

微服務(wù)具體有哪些坑：

• 服務(wù)劃分過細(xì)，服務(wù)間關(guān)系復(fù)雜
• 服務(wù)數(shù)量太多，團(tuán)隊(duì)效率急劇下降
• 調(diào)用鏈太長，性能下降
• 調(diào)用鏈太長，問題定位困難
• 沒有自動(dòng)化支撐，無法快速交付
• 沒有服務(wù)治理，微服務(wù)數(shù)量多了后管理混亂

微服務(wù)架構(gòu)最佳實(shí)踐：

服務(wù)粒度：“三個(gè)火槍手”原則，即一個(gè)微服務(wù)三個(gè)人負(fù)責(zé)開發(fā)。“三個(gè)火槍手”的原則主要應(yīng)用于微服務(wù)設(shè)計(jì)和開發(fā)階段，如果微服務(wù)經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)展后已經(jīng)比較穩(wěn)定，處于維護(hù)期了，無須太多的開發(fā)，那么平均 1 個(gè)人維護(hù) 1 個(gè)微服務(wù)甚至幾個(gè)微服務(wù)都可以。當(dāng)然考慮到人員備份問題，每個(gè)微服務(wù)最好都安排 2 個(gè)人維護(hù)，每個(gè)人都可以維護(hù)多個(gè)微服務(wù)。

拆分方法：基于業(yè)務(wù)邏輯拆分，基于可靠性拆分，基于性能拆分，基于可擴(kuò)展拆分（將系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)模塊按照穩(wěn)定性排序，將已經(jīng)成熟和改動(dòng)不大的服務(wù)拆分為穩(wěn)定服務(wù)，將經(jīng)常變化和迭代的服務(wù)拆分為變動(dòng)服務(wù)）

面向功能拆分：微內(nèi)核架構(gòu)

微內(nèi)核架構(gòu)（Microkernel architecture）模式也被稱為插件架構(gòu)（plugin architecture）模式。可以用來實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品的應(yīng)用, 比如Eclipse，在微內(nèi)核的基礎(chǔ)上添加一些插件，就可以提供不同的產(chǎn)品，如C++, JAVA等。

微內(nèi)核包含兩個(gè)組件： core system 和 plug-in modules。應(yīng)用邏輯被分隔成核心系統(tǒng)和插件模塊，可以提供可擴(kuò)展的，靈活的，特性隔離的功能。

 

微內(nèi)核的架構(gòu)本質(zhì)就是將變化部分封裝在插件里面，從而達(dá)到快速靈活擴(kuò)展的目的，而又不影響整體系統(tǒng)的穩(wěn)定。

微內(nèi)核的核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)有：插件管理（有哪些插件，怎么加載，什么時(shí)候加載）、插件連接（插件怎么連接到核心系統(tǒng)）和插件通信（插件之間的通信）。相關(guān)框架技術(shù)：OSGi 的全稱是 Open Services Gateway initiative。

軟件可擴(kuò)展性方法總結(jié)：

1. 思想：拆分。開放/關(guān)閉原則:軟件實(shí)體應(yīng)該對(duì)擴(kuò)展開放，但對(duì)修改關(guān)閉。單一職責(zé)原則:一個(gè)類應(yīng)該只有一個(gè)職責(zé)依賴倒置原則:依賴抽象
2. 方法：面向?qū)ο蠓椒ā⒉鸱址椒?/li>
3. 實(shí)戰(zhàn)模式：設(shè)計(jì)模式、架構(gòu)模式、技術(shù)框架

互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)架構(gòu)圖

架構(gòu)圖如下圖所示。這張圖基本涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司的大部分技術(shù)點(diǎn)，不同公司只是在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上稍有差異，但不會(huì)跳出這個(gè)框架的范疇。