架构初探-谁动了我的蛋糕 | 青训营笔记

等待救赎的波
130 阅读7分钟

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第7篇笔记

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什么是架构

定义

  • 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
  • 实现一个软件有很多种方法,架构在方法选择上起着至关重要的指导作用
  • 架构的重要性
    • 地基没打好,大厦容易倒
    • 地基坚实了，大厦才能盖得高
    • 站在巨人肩膀上，才能看得远

单机

软件系统需要具备对外提供服务，单机,就是把所有功能都实现在一个进程里，并部署在一台机器上

优点:

  • 简单

问题:

  • 运维需要停服

演进:如何卖更多的蛋糕?

多雇几个蛋糕师傅

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单体、垂直应用|垂直切分

  • 单体架构:分布式部署
  • 垂直应用架构:按应用垂直切分的单体 优点:
  • 水平扩容
  • 运维不需要停服 问题:
  • 职责太多，开发效率不高
  • 爆炸半径大

演进:如何提高做蛋糕效率?
分工协作

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SOA、微服务|水平切分

SOA (Service-Oriented Architecture)

  1. 将应用的不同功能单元抽象为服务
  2. 定义服务之间的通信标准 微服务架构:SOA的去中心化演进方向

问题:

  • 数据一致性
    • 装货台共交付了多少蛋糕?
  • 高可用
    • 这么多师傅，如何合作?
  • 治理
    • 烤箱坏了,怎么容灾?
  • 解辆vs过微
    • 运维成本高了，值当么?

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小结

架构的演进初衷:好比做蛋糕。

  • 需求量越来越大，终归要增加人手
  • 越做越复杂,终归要分工合作

架构的演进思路:就像切蛋糕。蛋糕越来越大,一口吃不下终归要切分

  • 竖着切(垂直切分)
  • 横着切(水平切分)

企业级后端架构剖析

背景

兰师傅蛋糕店经过3年的莲勃发展，积累了良好的口碑和用户基础，接下来，需要扩大规模:

  • 店面怎么盘:
    • 买
    • 租
  • 师傅怎么招:
    • 兰师傅全家出马
    • 招培训班出身的
  • 是否继续坚持纯手工制作?
  • 规模大了之后，工作重心应该是?
    • 精进蛋糕制作收益
    • 蛋糕店重点方向梳理&未来规划

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熟悉分析和存储的基石。

image.png 基础

  • 虚拟化技术–整租vs合租
  • 编排方案–业主vs租赁平台架构:
  • laaS (Infrastructure as a Service)
    • 买房子vs房屋租赁平台
  • Paas (Platform as a Service)
    • 清包vs全包
  • Saas (Software as a Service)
    • 从零培训vs雇佣培训过的师傅
  • FaaS (Funation as a Service)
    • 纯手工制作vs蛋糕机批量生产

云原生

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。

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  • 代表技术
    • 容器化
    • 服务网格
    • 微服务
    • 不可变基础架构
    • 声明式API

弹性计算资源

弹性计算资源类型:

  • 服务资源调度
    • 微服务:和面、雕花
    • 大服务:烤箱
  • 计算资源调度
    • 在线:热销榜单
    • 离线:热销榜单更新
  • 消息队列
    • 在线:削峰、解耦
    • 离线:大数据分析

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弹性存储资源

弹性存储资源类型:

  • 经典
    • 对象:宣传视频
    • 大数据:用户消费记录
  • 关系型数据库
    • 收银记录
  • 元数据
    • 服务发现:蛋糕店通讯录
  • NoSQL
    • KV:来个xx蛋糕 总结：将存储资源当初服务一样

DevOps

DevOps是云原生时代软件交付的利器,贯穿整个软件开发周期。 结合自动化流程,提高软件开发、交付效率

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微服务架构

通信标准:

  • HTTP (RESTful API)
  • RPC (Thrift. gRPC) 微服务中间件 RPC vs HTTP:
  • 性能
  • 服务治理
  • 协议可解释性 云原生场景下,微服务大可不必在业务逻辑中实现符合通信标准的交互逻辑，而是交给框架来做

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服务网格

服务网格(Service Mesh) :

  • 微服务之间通讯的中间层
  • 高性能网络代理
  • 业务代码与治理解耦 相比较于RPC/HTTP框架:
  • 异构系统治理统一化
  • 与业务进程解耦,生命周期易管理

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云原生蛋糕店

企业级蛋糕店架构:

  • 售卖
  • 璧糕制作(肉松、慕斯
  • 会员激励
  • 满意度分析
  • 研发新品

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企业级后端架构的挑战

问题

挑战:

  • 基础设施层面
    • 物理资源是有限的
      • 机器
      • 带宽
    • 资源利用率受制于部暑服务
  • 用户层面
    • 网络通信开销较大
    • 网络抖动导致运维成本提高
    • 异构环境下,不同实例资源水位不均

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离在线资源并池

核心收益:

  • 降低物理资源成本
  • 提供更多的弹性资源,增加收入 解决思路:离在线资源并池
  • 在线业务的特点
    • IO密集型为主
    • 潮汐性、实时性
  • 离线业务的特点
    • 计算密集型占多数
    • 非实时性

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自动扩缩容

核心收益:

  • 降低业务成本 解决思路: 自动扩缩容
  • 利用在线业务潮汐性自动扩缩容

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微服务亲合性部署

核心收益:

  • 降低业务成本
  • 提高服务可用性

解决思路:微服务亲合性部署

  • 将满足亲合性条件的容器调度到一台宿主机
  • 微服务中间件与服务网格通过共享内存通信
  • 服务网格控制面实施灵活、动态的流量调度

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流量治理

核心收益:

  • 提高微服务调用容错性
  • 容灾
  • 进一步提高开发效率,Dev0ps发挥到极致 解决思路:基于微服务中间件&服务网格的流量治理
  • 熔断、重试
  • 单元化
  • 复杂环境(功能、预览)的流量调度

CPU水位负载均衡

核心收益:

  • 打平异构环境算力差异
  • 为自动扩缩容提供正向输入 解决思路:CPU水位负载均衡
  • laaS
    • 提供资源探针
  • 服务网格
    • 动态负载均衡

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后端架构实战

问题背景

兰师傅蛋糕店也碰到了类似的问题:

  • 不同师傅干活的效率差距较大
  • 有些师傅希望『能者多劳多挣』 在这个背景下，继续像之前一样为每个师傅分配完全相同的工作，会引起他们的不满

问题提炼

输入:

  • 服务网格数据面
    • 支持带权重的负载均衡策略
  • 注册中心存储了所有容器的权重信息
  • 宿主机能提供
    • 容器的资源使用情况
    • 物理资源信息(如CPU型号) 关键点:
  • 紧急回滚能力
  • 大规模
  • 极端场景

自适应静态权重

方案:

  • 采集宿主机物理资源信息
  • 调整容器注册的权重 优势:
  • 复杂度低
  • 完全分布式,可用性高
  • 微服务中间件无适配成本 缺点:
  • 无紧急回滚能力
  • 缺乏运行时自适应能力

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自适应动态权重

Alpha

方案:

  • 容器动态权重的自适应调整
  • 服务网格的服务发现&流量调度能力 演进方向:
  • 解决无法紧急回滚的问题
  • 运行时权重自适应 缺点:
  • 过度流量倾斜可能会有异常情况

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Beta

方案:

  • 服务网格上报 RPC指标 演进方向:
  • 极端场景的处理成为可能 缺点:
  • 时序数据库压力较大
  • 动态权重决策中心职责越来越多，迭代->变更->风险

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Release

演进方向:

  • 微服务化
  • 引入消息队列削峰、解耦
  • 离在线链路切分
  • 流理强弱依赖

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