架构初探-谁动了我的蛋糕 | 青训营笔记

汪away
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这是我参与「第五营」笔记创作活动的的第9天。

架构初探-谁动了我的蛋糕

一、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
  • 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

⭐ 重要性

  • 架构没设计好，软件容易崩，用户体验上不去。最终要么重构，要么放弃
  • 架构设计好了，软件的稳定性上去了，用户体验高了，口碑一点点就打造出来了
  • 良好的架构基础，也为软件的未来发展提供了更多的可能。为用户赋能，实现自身价值

问题

兰师傅蛋糕坊要开张了，亟须解决如下问题：

  • 如何做蛋糕：独家秘方，还是亲自做比较好
  • 如何卖蛋糕：刚开始客流量应该不大，边做边卖

看起来问题都解决了，开张!

单机架构

All in one，所有的东西都在一个进程里，部署在一个机器上。

优点：简单

缺点：

单体架构

在单机架构的基础上，将进程部署到多个机器上。

优点：

  • 具备水平扩容能力
  • 运维不需要停服

缺点：

  • 后端进程职责太多，越来越臃肿
  • 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

在单机架构基础上，将进程按照某种依据切分开。

优点：

  • 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)

SOA 架构中，服务为一等公民，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 还定义了服务之间的通信标准，保证各个服务之间通讯体验的一致性。

优点：

  • 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

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。

优点：

  • 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

小结

⭐ 架构演进的初衷：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）

二、企业级后端架构剖析

背景

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

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

云计算

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 (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(Function as a Service)：纯手工制作 vs 蛋糕机批量生产

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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，构建和运行可碳性拓展的应用提供了可能。

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弹性计算资源

类型：

  1. 服务资源调度
  • 微服务：和面、雕花
  • 大服务：烤箱
  1. 计算资源调度
  • 在线：热销榜单
  • 离线：热销榜单更新
  1. 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：

  1. 经典
  • 对象：宣传视频
  • 大数据：用户消费记录
  1. 关系型数据库
  • 收银记录
  1. 元数据
  • 服务发现：蛋糕店通讯录
  1. NoSQL
  • KV：来个 xx 蛋糕

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

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三、企业级后端框架的挑战

问题

基础设施层面

  • 物理资源有限
    • 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

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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：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，DevOps 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

四、后端框架实战

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

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

⭐ 极端场号

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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自适应静态权重 —— 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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自适应静态权重 —— 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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自适应静态权重 —— 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

⭐ 梳理强弱依赖

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