这是我参与[第五届青训营]伴学笔记创作活动的第7天。
课程内容：
- 什么是架构
- 企业级后端架构剖析
- 企业级后端架构的挑战
- 后端架构实战
01.什么是架构
- 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
通俗来说
- 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
- 地基没打好，大厦容易倒
- 地基坚实了，大厦才能盖得高
- 站在巨人肩膀上，才能看得远
1.1什么是架构-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! 1.2什么是架构-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： C10K problem 运维需要停服
1.3什么是架构-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
什么是架构-SOA、微服务 | 水平切分 soA(Service-Oriented Architecturt）
- 将应用的不同功能单元抽象为服务
- 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
- 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，值当么?
什么是架构-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)
02.企业级后端架构剖析-背景
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?
-
规模大了之后,工作重心应该是?
- 精进蛋糕制作收益
- 蛋糕店重点方向梳理&未来规划
2.1企业级后端架构剖析-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
- 编排方案–业主vs租赁平台
架构：
-
laas (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
2.2企业级后端架构剖析-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，构建和运行可弹性拓展的应用提供了可能。
2.2.2企业级后端架构剖析-云原生
-
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：将存储资源当作服务一样
2.2.3企业级后端架构剖析-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。
2.2.4企业级后端架构剖析-云原生之微服务架构
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。
2.2.5企业级后端架构剖析-云原生之服务网格
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
03企业级后端架构的挑战-问题
挑战：
-
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
3.1企业级后端架构的挑战-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
- lO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
3.2企业级后端架构的挑战-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
3.3企业级后端架构的挑战-微服务亲和性部署
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
3.4企业级后端架构的挑战-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
3.5企业级后端架构的挑战-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
-
laaS
- 提供资源探针
-
服务网格
- 动态负载均衡
04.后端架构实战-问题背景
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』
在这个背景下，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。。。
回到03最后的挑战——CPU水位负载均衡,应该如何设计?
- 需要哪些输入?
- 设计时需要考虑哪些关键点?
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
4.1后端架构实战-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
4.2后端架构实战-自适应动态权重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
4.3后端架构实战-自适应动态权重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
4.4后端架构实战-自适应动态泉州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
尾声
- 没有最好的架构,只有最合适的架构
- 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xx不行了怎么办
- 架构与工程师成长
- 技术经理
- 架构师
结语
在软件架构和程序设计的领域里，后端主要负责可控制软件的输出。随着计算机技术的不断发展，普通的架构例如单机等已经无法满足愈加复杂多元的用户需求，因而涌现出许多功能强大的相关框架。对于一个完整的架构来说，还有很多应用感知不到的系统基础服务，如负载均衡、自动化部署、系统安全等都需要引起架构师的注意。