后端架构剖析 | 青训营笔记

HGDB
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这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第4篇笔记

架构是什么

架构，又称软件架构

  • 是有关软件整体结构与组件的抽象描述
  • 用于指导软件系统各个方面的设计

为什么需要架构

  • 需求量越来越大，需要更多人手完成任务
  • 业务场景越来越复杂，需要分工配合

架构演进

单机架构

单机架构即把所有的功能都实现在一个进程里，并部署在一台机器上。

单机架构优点是简单，但是会带来很多问题

一个很经典的问题就是 C10K 问题，即单机处理 10K 个并发连接问题。随着epoll，kqueue等技术的不断发展，高性能网络编程逐渐回答了C10K问题，但我们一定要明白，单体服务一定是有架构瓶颈的。

另外一个问题是运维需要停服。只有一个单体服务，有用户使用的时间点没有办法运维。

单体、垂直应用 | 垂直切分

面对单机架构的问题，我们可以考虑将服务进行垂直切分，将不同服务进行分割并部署在多个机器上，并引人负载均衡。

什么是垂直切分呢，例如蛋糕店，单机架构就是一个蛋糕师父负责所有的蛋糕制作，垂直应用架构则是不同蛋糕师父负责一种蛋糕的制作。

优点：

  • 水平扩容
  • 运维不需要停服

虽然单体和垂直应用架构有一些优点，但是还是会有很多问题：

随着业务场景越来越复杂，服务的职责也越来越多。开发者不仅要关心Web后端业务逻辑，还要关系缓存、持久化存储。这样很难进行业务逻辑的开发。简单来说，就是职责划分不明显。

SOA、微服务 | 水平切分

SOA

SOA（Service Oriented Architecture）面向服务架构，有两个特点

  • 将应用的不同功能单元抽象为服务
  • 定义服务之间的通信标准

SOA需要一个统一的服务治理和服务发现平台管理每个服务的运行。能够带来一些优点：

  • 提高开发效率
  • 降低系统耦合
  • 易于扩展

虽然SOA架构对应用的功能做了一定的分割，但还是会有很多功能的耦合，同时因为SOA需要有一个中心化的管理平台，这不能保证服务的高可用性。

微服务

微服务架构，即SOA的去中心化演进

微服务架构在SOA的基础上进行了去中心化演进，使得提高了服务的可用性也保留了SOA架构的一些优点

但还是带来很多问题：

  • 开发人员需要面对分布式系统的复杂性。使得测试更为困难、需要保证服务通信、需要分布式的事务管理等
  • 部署比较复杂
  • 增大内存开销

企业级后端架构

云计算

云计算：是指通过软件自动化管理，提供计算资源的服务网络，是现代互联网大规模分析和存储的基石

基础：

  • 虚拟化技术

    • 硬件层面（VM虚拟机）： KVM 、 Xen 、 VMware
    • 操作系统层面（Container容器）： LCX 、 Docker 、 Kata Container
    • 网络层面 ： Linux Bridge 、 Open v Switch

  • 编排方案

    • 虚拟机编排方案：OpenStack
    • 容器编排方案：Kubernetes

云计算架构：

  • laaS （lnfrastructure as a Service） 基础设施即服务，即底层的基础设施资源
  • PaaS （Platfrom as a Service） 平台即服务，处于中间层，提供基础设施底层服务，类似于操作系统
  • SaaS （Software as a Service） 软件即服务，处于最上层的基于软件的服务，用于满足客户需求
  • FaaS （Function as a Service）函数即服务，即提供平台，允许客户开发、运行和管理应用程序功能，而无需构建和维护程序相关的基础架构的复杂性。

云原生

云原生，实际是云原生（计算）的简称，它是元计算发展到现在的一种形态。

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云原生技术为组织（公司）在公有云、自由云、混合云等新型的动态环境中，构建和运行可弹性拓展的应用提供了可能。 它的代表技术：

云原生，实际是云原生（计算）的简称，它是元计算发展到现在的一种形态。

云原生技术为组织（公司）在公有云、自由云、混合云等新型的动态环境中，构建和运行可弹性拓展的应用提供了可能。 它的代表技术：

  • 弹性资源

弹性资源是基于虚拟化容器以及灵活的编排调度机制，可以为云服务提供快速扩容缩容能力，而且极大程序地提高了物理资源的利用率

  • 微服务架构

微服务架构依托于功能单元解构，使得云服务具备了快速迭代的功能，业务得以迅速发展；统一的通信标准能够帮助更多组件加入云原生，也使得各组件之间交互变得更容易

  • DevOps

DevOps是一组过程、方法与系统的统称，用于促进开发。表现为：设计 -> 开发 -> 测试 -> 交付 -> 开发 -> 测试 -> 交付，这套自动化的流程使得软件工作更为高效

  • 服务网格

服务网络将业务逻辑与网络通信和治理解耦开来。业务不再需要关心异构系统中RPC中间件治理能力的不统—，也使得复杂的治理能力的落地成为可能

弹性资源

基于虚拟化技术，提供的可以快速扩缩容的能力。可以分为弹性计算资源和弹性存储资源。

弹性计算资源

弹性计算资源类型：

  • 在线计算 - Spark Stream
  • 离线计算 - MapReduce 消息队列
  • 在线队列 ：作用是削峰、解耦
  • 离线队列：结合数据分析的方案，如ELK

弹性存储资源

  • 经典存储

    • 对象存储 ：视频、图片等
    • 大数据存储：应用日志、用户数据等

  • 关系型存储

  • 元数据

  • NoSQL

    • KV存储 ： 如Redis
    • 文档存储 ： 如MongoDB

服务架构

通信标准：

  • HTTP - （RESful API）
  • RPC - （Thrift ， gRPC）

如何在 HTTP 和 RPC 之间选择？

  • 性能 - RPC 协议往往具备较好的压缩率，性能较高。如 Thrift, Protocol Buffers

  • 服务治理 - RPC 中间件往往集成了丰富的服务治理能力。如 熔断、降级、超时等

  • 可解释性 - HTTP 通信的协议往往首选 JSON，可解释性、可调试性更好

DevOps

DevOps是云原生时代软件交付的方法，贯穿整个软件开发周期

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服务网络

服务网络是：

  • 微服务之间通讯的中间层

  • 一个高性能的 4 层网络代理

  • 将流量层面的逻辑与业务进程解耦

没有什么是加一层代理解决不了的问题，服务网格相比较于 RPC/HTTP 框架：

  • 实现了异构系统治理体验的统一化

  • 服务网格的数据平面代理与业务进程采取进程间通信的模式，使得流量相关的逻辑（包含治理）与业务进程解耦，生命周期也更容易管理

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