后端架构 | 青训营笔记

FelixZH_JJ
235 阅读6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9篇笔记。

什么是架构

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

单机架构

把所有功能都实现在一个进程里，并部署在一台机器上

  • 承载能力有限。如 C10K 问题
  • 运维需要停服

单体架构

在单机架构的基础上，将进程部署到多个机器上。

  • 具备水平扩容能力
  • 运维不需要停服

问题：

  • 职责太多
  • 爆炸半径较大，进程中一个很小的模块出现问题，都可能导致整个进程崩溃

垂直应用架构 | 垂直切分

在单体架构基础上，将进程按照某种依据切分开。

  • 一定程度上减少了后端进程职责
  • 一定程度上缩小爆炸半径

缺点：

  • 没有根本解决单体架构的问题

SOA（面向服务架构）| 水平切分

将进程按照不同的功能单元进行抽象，拆分为服务。有了服务之后，SOA 还为服务之间的通信定义了标准，保证各个服务之间通讯体验的一致性。

  • 各服务的职责更清晰
  • 运维粒度减小到服务，爆炸半径可控

缺点：

  • ESB (企业服务总线) 往往需要一整套解决方案

微服务架构

在 SOA 架构中，ESB 起到了至关重要的作用。但从架构拓扑来看，它更像是一个集中式的模块。有一个 SOA 分布式演进的分支，最终的形态便是微服务。可以说微服务是SOA的去中心化演进方向。

  • 兼具 SOA 解决的问题
  • 服务间的通信更敏捷、灵活

缺点：

  • 运维成本

企业级后端架构剖析

云计算

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数据分析和存储的基石

基础：

  • 虚拟化技术：整租 vs 合租
    • 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：业主 vs 租赁平台
    • VM - OpenStack/VMWare Workstation
    • Container - Kubernetes/Docker Swarm

架构：

  • 云服务
    • IaaS - 云基础设施，对底层硬件资源池的抽象
    • PaaS - 基于资源池抽象，对上层提供的弹性资源平台
    • SaaS - 基于弹性资源平台构建的云服务
    • FaaS - 更轻量级的函数服务。
  • 云部署模式（拓展）
    • 私有云 - 企业自用
    • 公有云 - AWS/Azure/Google Cloud/Huawei
    • 混合云

云原生

实际是云原生计算的简称，它是云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。代表技术：

1. 弹性资源

使用虚拟化容器实现快速扩缩容。

  • 弹性计算资源
    • 计算资源调度
      • 在线计算 - 互联网后端服务
      • 离线计算 - 大数据分析。Map-Reduce/Spark/Flinnk
    • 消息队列
      • 在线队列 - 削峰、解耦
      • 离线队列 - 结合数据分析的一整套方案，如 ELK
  • 弹性存储资源
    • 经典存储
      • 对象存储 - 视频、图片等。结合 CDN 等技术，可以为应用提供丰富的多媒体能力
      • 大数据存储 - 应用日志、用户数据等。结合数据挖掘、机器学习等技术，提高应用的体验
    • 关系型数据库
    • 元数据
      • 服务发现
    • NoSQL
      • KV 存储 - Redis
      • 文档存储 - Mongo

2. 微服务架构

通信标准：微服务架构下，服务之间的通讯标准是基于协议而不是 ESB 的。

  • HTTP： H1/H2
  • RPC： Thrift/gRPC

中间件：不需要在业务逻辑中实现交互逻辑，由中间件提供。

  • 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

3. 服务网格

  • 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

4. DevOps

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。

关键词：

  • 敏捷开发
  • CI/CD

企业级后端架构的挑战

离在线资源并池

在线业务：IO密集型；潮汐性、实时性

离线业务：计算密集型；非实时性

收益

  • 提高物理资源利用率
  • 提供更多的弹性资源

自动扩缩容

利用在线业务潮汐性自动扩缩容

收益：降低业务成本

指标：CPU使用率的分位数；内存

微服务亲和性部署

通过将微服务调用形态与资源调度系统结合，将一些调用关系紧密、通信量大的服务部署在同一个机器上，并且使用 IPC 代替 RPC 的方式，降低网络通信带来的开销

  • 将满足亲和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

流量治理

基于微服务中间件和服务网格的流量治理

  • 熔断、重试
  • 单元化
  • 复杂环境的流量调度

收益:

  • 提高微服务的调用容错性
  • 容灾
  • 进一步提高开发效率，DevOps发挥到极致

CPU 水位负载均衡

IaaS：提供资源探针，反馈负载均衡层面 服务网格：动态负载均衡

收益：

  • 打平异构环境算力差异
  • 为自动扩缩容提供正向输入

后端架构实战

如何做架构设计

  • 需求先行。解决什么问题
  • 业界调研。业界有哪些解决方案
  • 技术选型。内部/社区有哪些基础组件
  • 异常情况。考虑清楚xxx不行了怎么办
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