【架构初探】架构定义解析-企业级后端架构剖析 | 青训营笔记

Asan3
85 阅读7分钟

这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 7 天，今天学习的内容是关于架构定义解析、企业级后端架构剖析，根据课程内容整理学习笔记如下。

6 架构初探 - 谁动了我的蛋糕

6.1 架构定义解析

6.1.1 架构定义

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：架构的重要性？

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作用

通俗解释：以盖房子为例，我们都知道，地基对于一栋楼房的主要性，架构对于一个软件的重要性也是类似的：

  • 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

6.1.2 单机架构

All in one，所有的东西都在一个进程里，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。

    C10K 问题： 随着互联网的普及，应用的用户群体几何倍增长，此时服务器性能问题就出现。最初的服务器是基于进程/线程模型。新到来一个TCP连接，就需要分配一个进程。假如有C10K，就需要创建1W个进程，可想而知单机是无法承受的。那么如何突破单机性能是高性能网络编程必须要面对的问题，进而这些局限和问题就统称为C10K问题，最早是由Dan Kegel进行归纳和总结的，并且他也系统的分析和提出解决方案。

6.1.3 单体架构

在单机架构的基础上，将进程部署到多个机器上，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（每个进程都要负责全部职责），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

6.1.4 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。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

6.1.5 SOA (面向服务架构)

SOA(Service-Oriented Architecture) 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。

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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

6.1.6 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。

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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

6.1.7 小结

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

6.2 企业级后端架构剖析

6.2.1 云计算

定义： 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=>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=>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=>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=>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=>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=>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

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6.2.2 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。

云原生代表技术：

  • 弹性资源
  • 微服务架构
  • DevOps
  • 服务网格

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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。

弹性计算资源：

  • 服务资源调度

    • 微服务（和面、雕花-时间短）
    • 大服务（烤箱-时间长）

  • 计算资源调度

    • 在线计算 - 互联网后端服务（热搜榜单）
    • 离线计算 - 大数据分析。Map-Reduce/Spark/Flinnk（热搜榜单更新）

  • 消息队列

    • 在线队列 - 削峰、解耦
    • 离线队列 - 大数据分析，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（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（师傅的通讯录）

  • NoSQL

    • KV(key-value) 存储 - Redis
    • 文档存储 - Mongo

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。

DevOps

Devops是云原生时代软件交付的利器，贯穿整个软件的开发周期。

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

微服务架构下，服务之间的通信标准是基于协议而不是 ESB 的。

  • HTTP - H1/H2
  • RPC - Apache Thrift/gRPC

如何在 HTTP 和 RPC 之间选择作为微服务中间件？

  • 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

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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。

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
  • 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：

  • 异构系统治理统一化
  • 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

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