架构初探 | 青训营笔记

方云123
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这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第7天

前言

本节课主要讲述了架构，具体讲述了架构的基本概念、分类与挑战等，并介绍了一些常见的架构。老师将架构类比于蛋糕的生产过程，十分通俗易懂！

1.架构定义

架构，又称为软件架构。它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。架构是整个系统运行的框架，没有好的架构，大厦就可能倾覆。可见，架构是十分重要的。

2.架构分类

1.单机

所有功能都在一个进程里。

  • 优点：简单。
  • 缺点：运维需要停服

2.单体架构

分布式部署（即进程部署到多机），多线全栈 image.png

  • 优点：水平扩容；运维不需要停服
  • 缺点：职责太多，开发效率不高；爆炸半径大

3.垂直应用架构

将单体（全栈人员）按应用拆分进程。 image.png

单体架构和垂直应用架构都是垂直切分的思路。

4.SOA架构

将应用的不同功能单元抽象为服务,并定义服务之间的通信标准。 image.png

从图中可见，该架构需要集中的沟通地方，这形成了中心化，有安全风险。

4.微服务架构

SOA的去中心化演进方向。

image.png

  • 优点：不同模块专注于自己的事情，提高了开发迭代效率；各个服务独立运维，变更的影响可控，提高了应用整体的稳定性

SOA架构和微服务架构都是水平切分的思路。

3.架构初衷与思路

1.初衷

  • 需求量增加，增加人手，多机
  • 工作复杂，分工合作，模块化

2.思路

  • 垂直切分：分布式，多机
  • 水平切分：模块化，分层

4.企业级后端架构剖析

1.云计算

  • 定义：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数据分析和存储的基石。
  • 基础：虚拟化技术（整租或合租即硬件、操作系统、网络等）和编排方案（业主或租赁平台）
  • 架构
    • laaS: 买房子
    • PaaS：装修
    • SaaS：培训人员
    • FaaS：生产方式

image.png 没有考虑基础的物理资源，最上层是根据客户需要来实践的应用。

2.云原生

云原生技术为组织在公有云、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：容器化、服务网络、微服务、不可变基础框架、声明式API等

image.png

  • 弹性计算资源类型
    • 服务资源调度：微服务、大服务
    • 计算资源调度：在线、离线（离线进行热销榜单更新）
    • 消息队列：在线（削峰、解耦）、离线（大数据分析）
  • 弹性储存资源类型：将储存资源当成服务
    • 经典：对象、大数据（用户消费记录）
    • 关系型数据库
    • 原服务：服务发现（相当于通讯录）
    • NoSQL：KV
  • DevOps：云原生时代软件交付利器，结合自动化流程，提高软件开发能力，具体流程如下：

image.png

  • 微服务架构
    • 通信标准：HTTP(RESTful、API);RPC(Thrift、gPRC)
    • 中间件：主要考虑性能、服务治理、协议可解释性

常见框架如下：

image.png

  • 服务网络
    • 微服务之间通信的中间层，中间的数据面
    • 高性能网络代理
    • 业务代码与治理解耦
    • 优势：异构系统治理统一化；解耦，生命周期易管理

结构如下：

image.png

  • 云原生整体架构类比

image.png

5.企业级后端架构挑战

1.挑战小结

  • 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

2.离在线资源并池

  • 目的：降低物理资源成本；提供更多的弹性资源，增加收入
  • 原因：
    • 在线业务特点：IO密集型为主；潮汐性、实时性
    • 离线业务特点：计算密集型多；非实时型

因此，可将离在线资源并池

3.自动扩缩容

  • 目的：降低业务成本

因此，可在离在线资源并池的基础上，利用在线业务的潮汐性自动扩缩容 image.png

4.微服务亲合性部署

  • 目的：降低业务成本；提高服务可用性
  • 方法：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 image.png 流量治理
  • 目的：提高微服务调用容错性；容灾；提高开发效率
  • 即上述微服务中间件与服务网格的流量调度
  • 特点：熔断、重试；单元化

5.CPU水位负载均衡

  • 目的：打平异构环境算力差异；为自动扩容提供正向输入
  • 方法
    • laaS:提供资源探针
    • 服务网络：动态负载均衡 image.png

6.企业级后端架构实战

这里主要讲解如何让CPU水位负载均衡

输入：

  • 服务网络数据面（支持带权重的负载均衡策略）
  • 注册中心储存所有容器的权重信息
  • 宿主机提供容器资源使用情况和物理资源信息

关键点：紧急回滚能力；大规模；极端场景

1.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 image.png
  • 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
  • 劣势：无紧急回滚能力；缺乏运行时自适应能力

2.自适应静态权重Alpha

  • 方案：容器动态权重的自适应调整；服务网络的服务发现和流量调度能力 image.png
  • 优势：解决无紧急回滚问题；运行时权重自适应
  • 劣势：过度流量倾斜可能有异常情况

3.自适应静态权重Beta

  • 方案：服务网格上报RPC指标 image.png
  • 优势：能处理极端情况
  • 劣势：时序数据库压力大；动态权重决策中心职责大

4.自适应静态权重Release

image.png

  • 演化方向：
    • 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

小结

没有最好的架构，只有最合适的架构。因此，在设计的时候，我们按照需求先行、业界调研、技术选型、异常处理等步骤来实现。本文对我启发很大，不仅拓宽了我的知识面，更教会我架构迭代中的经验和我们成长很像，在不断进步！

参考

  • 字节跳动架构初探教程
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