架构初探 | 青训营

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什么是架构

架构的定义

架构即软件架构，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。

通俗来讲：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作用。

架构的重要性：成为软件开发的地基。

单机

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软件系统需要具备对外提供服务，但只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问题（支持10k个并发连接）；运维需要停服

改进：多雇几个蛋糕师傅

单体、垂直应用 | 垂直切分

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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

改进：分工协作

SOA、微服务|水平切分

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SOA（Service-Oriented Architecture）：

  • 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；高可用，如何合作；治理，容灾；结构或者过微，运维成本高

企业级后端架构剖析

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及时

基础：

  • 虚拟化技术：整租or合租；
  • 虚拟化产品编排方案：租赁平台or拥有者

架构：

  • Iaas：基础架构即服务。云计算提供商向个人或组织提供虚拟化的计算资源，例如虚拟机、存储、网络和操作系统。用户不需要知道机器的物理信息。

  • PaaS：平台即服务。为开发人员提供按需开发环境，用于开发、测试和管理。

  • SaaS：软件即服务。通过互联网提供按需软件付费应用程序，云计算提供商托管和管理软件应用程序，并允许用户连接到应用程序并通过全球互联网访问应用程序。

  • Faas：函数即服务。提供按需执行的代码功能，用户可以编写和上传代码，根据需要执行代码。用于处理事件驱动任务、处理消息队列、处理数据流等。

云原生

在公有云、自由云、混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性拓展的应用提供了可能

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弹性资源

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：在线实时应用；离线更新实时服务
  • 消息队列：在线；离线分析数据

弹性存储资源类型：

  • 经典：对象；大数据
  • 关系型数据库：记录
  • 元数据：服务发现
  • NoSQL：key-value

将存储资源当成服务

DevOps

云原生时代软件交付的利器，贯穿整个软件开发周期，提高软件开发、交付效率

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云原生之微服务架构

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通信标准：HTTP、RPC

微服务中间件RPC 比 HTTP：性能高；服务治理好；协议可解释性强

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，而不是交给框架

服务网格

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  • 微服务之间通讯的中间层
  • 高性能网格代理
  • 专业代码与治理解耦

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

问题：

  • 基础设施层面：物理资源有限（机器、带宽）资源利用率受限于部署服务

  • 用户层面：网络通信开销大；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衡

离在线资源并池

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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

在线业务特点：IO密集型为主；潮汐性、实时性

离线业务特点：计算密集型占多数；非实时性

自动扩缩容

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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

扩缩容依据的指标：CPU或者内存的指标

亲和性部署

Image.png 核心收益：

  • 降低业务成本

  • 提高服务可用性

解决思路：

  • 将满足亲和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

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

CPU水位负载不均衡

核心收益：

大平以后环境算力差异

为自动扩缩容提供正向输入

解决思路：

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IaaS：提供资源探针

服务网格：动态负载均衡

后端架构实战

对于CPU水位负载均，如何设计？

需要哪些输入

  • 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

关键点：紧急回滚、大规模、极端场景

自适应静态权重

方案：采集宿主机物理资源信息；调整容器注册的去那种

优点：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

自适应动态权重Alpha

方案：容器动态权重的自适应调整；服务网站的服务发现 & 流量调度能力

改进方向：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

自适应动态权重Beta

方案：服务网格上报RPC指标

改进方向：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

自适应动态权重Release

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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

总结

没有最好的架构，只有最适合的架构

如何做架构的设计

  • 需求先行，弄清楚要解决的问题
  • 业界调研，业界有哪些解决方案可以参考
  • 技术选型，内部/社区有哪些基础组件
  • 异常情况，考虑清楚xxx不行怎么处理
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