这是我参与「第五届青训营 」笔记创作活动的第3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

1. 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

Q: 定义还是太抽象，能不能通俗一点？

实现一个软件有很多种方法，架构在方法选择上起至关重要的作用

Q:架构的重要性

• 地基没打好，大厦容易倒
• 地基坚实了，大厦才能盖的高
• 站在巨人肩膀上，才能看得远

1.1 问题

兰师傅蛋糕房开张，需要解决这些问题：

• 如何做蛋糕
  • 独家秘方，还是亲自做比较好
• 如何买蛋糕
  • 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！

1.2 单机

软件系统需要对外提供服务，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：
• 承载能力有限，了解C10K problem
• 运维需要停服，用户体验较差

演进：如何卖更多蛋糕？

多雇几个蛋糕师傅

1.3 单体、垂直应用|垂直切分

单体架构：分布式部署

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：按应用垂直切分的单体

在单机架构基础上，将进程按照某种依据切分开。比如，A 软件和 B 软件的后端原先采用单机架构部署，那就是一个进程部署在多个机器上；如果用垂直应用架构，可以将 A 和 B 的后端拆分为 A、B 两个进程，然后再按照单体模式的思路，部署在多个机器上。

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

演进：如何提高做蛋糕的效率？

分工协作

1.4 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

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

微服务架构：SOA 的去中心化演进方向

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

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？
• 解耦 vs 过微
  • 运维成本高了，值当吗？

1.5 小结

• 架构演进的初衷：满足软件迭代诉求，提高迭代效率——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
• 架构演进的思路：垂直切分——分布式，水平切分——分层/模块化——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）

2. 企业级后端架构剖析

2.1 背景-项目基本情况简介

兰师傅蛋糕店经过3年的蓬勃发展，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？
• 规模扩大了以后，工作重心应该是？
  • 精进蛋糕制作的效益
  • 蛋糕店的重点方向梳理 & 未来规划

2.2 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。

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 -- （Infrastructure as a Service）云基础设施，对底层硬件资源池的抽象
    • 买房子 vs 房屋租赁平台
  • PaaS -- （Platform as a Service）基于资源池抽象，对上层提供的弹性资源平台
    • 清包 vs 全包
  • SaaS -- （Software as a Service）基于弹性资源平台构建的云服务
    • 从零培训 vs 雇佣培训过的师傅
  • FaaS -- （Function as a Service）更轻量级的函数服务。好比 LeetCode 等 OJ，刷题时只需要实现函数，不需要关注输入输出流
    • 纯手工制作 vs 蛋糕机批量生产
• 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

2.3 云原生

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：

• 弹性资源
  • 虚拟化容器
  • 快速扩缩容
• 微服务架构
  • 业务功能单元解锁
  • 统一的通信标准
• DevOps
  • 敏捷开发
  • CI/CD
• 服务网格
  • 业务与治理解构
  • 异构系统的治理统一化
  • 复杂治理能力

2.3.1 云原生之弹性计算资源

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两个方面。

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
  • 在线计算：热销榜单 - 互联网后端服务
  • 离线计算：热销榜单更新 - 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 - 宣传视频、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、用户消费记录等。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
  • 收银记录
• 元数据
  • 服务发现：蛋糕店通讯录
• NoSQL
  • KV 存储 - Redis（来个 xx 蛋糕）
  • 文档存储 - Mongo

总结：将存储资源当成服务一样

在云原生的大背景下，不论是计算资源还是存储资源，他们都像是服务一样供用户使用。

2.3.2 云原生之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

2.3.3 云原生之微服务架构

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（RESTful API） - H1/H2
• RPC - Apache （Thrift，gRPC）

微服务中间件： 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

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

2.3.4 云原生之服务网络

什么是服务网格（Service Mesh）？

• 微服务之间通讯的中间层
• 高性能的 4 层网络代理
• 业务代码与治理解耦：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

2.3.5 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

三、课后个人总结

后端架构需要从多方面考虑，分层次管理，这样能很好的解决后端的一系列问题，总的来说吧，今天的学习更深入学习了后端的架构，让我了解了更多内容。

四、引用参考

架构定义解析

企业级后端架构剖析