架构初探 - 谁动了我的蛋糕｜ 青训营笔记

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 7 天

一、本堂课重点内容：

1. 什么是架构
2. 企业级后端架构剖析
3. 企业级后端架构的挑战
4. 后端架构实战

二、详细知识点介绍：

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
• 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
• 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
• 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,高可用,治理,解耦vs过微
• 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

• 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。
  • 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:
    • IaaS (lnfrastructure 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 (Function as a Service)
      • 纯手工制作vs蛋糕机批量生产
• 云原生:该技术为组织(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。
  • 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
  • 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:将存储资源当成服务一样
  • 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
  • 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
  • 服务网络
    • 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

企业级后端架构的挑战

• 问题
  • 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署服务
  • 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
• 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
  • 问题:同一个机器怎么做离在线隔离?
• 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
  • 问题:扩缩容依据什么指标?
• 微服务亲合性部暑
  • 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
• 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
    • IaaS：提供资源探针
    • 服务网格：动态负载均衡

后端架构实战

• 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
• 方案
  • 自适应静态权重
  • 自适应动态权重Alpha
  • 自适应动态权重Beta
  • 自适应动态权重Release

三、课后总结：

1. 没有最好的架构，只有最合适的架构
2. 如何做架构设计

• 需求先行。弄清楚要解决什么问题
• 业界调研。业界都有哪些解决方案可供参考
• 技术选型。内部/社区都有哪些基础组件
• 异常情况。考虑清楚xxx不行了怎么办

3. 架构与工程师成长

• 技术经理
• 架构师
• 碍于时间篇幅，本篇笔记还待后续完善

四、引用参考：

bytedance.feishu.cn/file/boxcnK…