后端构架 | 青训营笔记

jszfree
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这是我参与「第五届青训营」笔记创作活动的第10天。

学习内容

今天学习了软件架构。

什么是构架

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方法，架构在方法选择上起着至关重要的指导作用。

单机架构

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

  • 优点：简单。
  • 缺点：运维需要停服，用户体验较差；承载能力有限。

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。

  • 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

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。

企业级后端架构

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：

  1. 虚拟化技术；
  2. 编排方案。

架构：

  1. 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。
  2. 云部署模式（扩展）：
    • 私有云：企业自用
    • 公有云：AWS/Azure/Google Cloud/Huawei
    • 混合云

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。 捕获.PNG

弹性资源

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。

DevOps

云原生时代软件交付的利器，贯穿整个软件开发周期。 捕获.PNG

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。 捕获.PNG

  • 通信标准：
    • HTTP：H1/H2
    • RPC：Apache Thrift/gRPC
  • 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。

服务网格

  • 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 捕获.PNG 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

企业级后端架构的挑战

挑战

  • 基础设施层面：
    • 云是弹性的，也就是说，在用户的角度，云提供的资源是无限的。然而，云背后的物理资源是有限的。
    • 资源利用率受制于部署服务
  • 用户层面：
    • 网络通信开销较大
    • 网络抖动导致的运维成本较高
    • 异构的物理环境应该对用户是透明的，不同实例资源水位不均

离在线资源并池

考虑到在线业务的潮汐性，物理资源的用量不是一成不变的。离在线资源并池，可以：

  • 提高物理资源利用率
  • 提供更多的弹性资源

在线业务：IO密集型为主；潮汐性、实时性。
离线业务：计算密集型占多数；非实时性。 a1355784a0ae446d8c29b846baa20503_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark_4536_0_0_0.webp

自动扩缩容

降低业务成本。 捕获.PNG 利用在线业务潮汐性自动扩缩容。

微服务亲和性部署

微服务之间的通信成本较高，是否可以：

  • 形态上是微服务架构
  • 通信上是单体架构 捕获.PNG 亲合性部署，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。

流量治理

  • 提高微服务调用的容错性
  • 容灾
  • 进一步提高开发效率，DevOps发挥到极致

基于微服务中间件 & 服务网格的流量治理

  • 熔断、重试
  • 单元化
  • 复杂环境的流量调度

CPU水位负载均衡

  • 打平异构环境算力差异
  • 为自动扩缩容提供正向输入 捕获.PNG

实战

设计一个根据主机层面的资源信息，实时进行流量调度的系统，打平不同宿主机异构环境的算力差异。

关键点：

  • 紧急回滚能力
  • 大规模
  • 极端场景 69fd09e29bb94ccb9ca50f05c9590aa8_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark_4536_0_0_0.webp
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