架構(gòu)目的和指標(biāo)

架構(gòu)目的：

架構(gòu)設(shè)計的主要目的是為了解決軟件系統(tǒng)復(fù)雜度帶來的問題，是用最小的人力成本來滿足需求的開發(fā)和響應(yīng)需求的變化，用最小的運行成本來保障軟件的運行。讓軟件達(dá)到“高內(nèi)聚、松耦合”，從而使軟件具有:

• 易擴(kuò)展——易于增加新的功能

• 更強(qiáng)壯——不容易被粗心的程序員破壞

• 可移植——能夠在多樣的環(huán)境下運行

• 更簡單——容易理解、容易維護(hù)

設(shè)計目標(biāo):

• 可擴(kuò)展性(Scalable)

• 可靠性(Reliable)，支持灰度發(fā)布，異地容錯

• 可伸縮 (Extensible)，支持水平擴(kuò)展和垂直增強(qiáng)

• 可維護(hù)性(Maintainable)，一是排除現(xiàn)有的錯誤，二是新需求可反映到現(xiàn)有系統(tǒng)中去。

• 安全性(Secure)

• 可定制化(Customizable)

• 客戶體驗(Customer Experience)，必須易于使用。

架構(gòu)的方法論

面向?qū)ο?/p>

設(shè)計原則-SOLID

設(shè)計原則-SOLID

設(shè)計模式的六大原則有：

• Single Responsibility Principle：單一職責(zé)原則

• Open Closed Principle：開閉原則

• Liskov Substitution Principle：里氏替換原則

• Law of Demeter：迪米特法則

• Interface Segregation Principle：接口隔離原則

• Dependence Inversion Principle：依賴倒置原則

把這六個原則的首字母聯(lián)合起來（ L 算做一個）就是 SOLID （solid，穩(wěn)定的），其代表的含義就是這六個原則結(jié)合使用的好處：建立穩(wěn)定、靈活、健壯的設(shè)計。

單一責(zé)任原則：

當(dāng)需要修改某個類的時候原因有且只有一個（THERE SHOULD NEVER BE MORE THAN ONE REASON FOR A CLASS TO CHANGE）。換句話說就是讓一個類只做一種類型責(zé)任，當(dāng)這個類需要承擔(dān)其他類型的責(zé)任的時候，就需要分解這個類。

開放封閉原則：

軟件實體應(yīng)該是可擴(kuò)展，而不可修改的。也就是說，對擴(kuò)展是開放的，而對修改是封閉的。這個原則是諸多面向?qū)ο缶幊淘瓌t中最抽象、最難理解的一個。

里氏替換原則：

當(dāng)一個子類的實例應(yīng)該能夠替換任何其他類的實例時，它們之間才具有is-A關(guān)系。

依賴倒置原則：

1. 高層模塊不應(yīng)該依賴于低層模塊，二者都應(yīng)該依賴于抽象

2. 抽象不應(yīng)該依賴于細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象

接口分離原則：

不能強(qiáng)迫用戶去依賴那些他們不使用的接口。換句話說，使用多個專門的接口比使用單一的總接口總要好。

設(shè)計模式類型

設(shè)計模式類型

CAP定理

CAP是Consistency、Availablity和Partition-tolerance的縮寫。分別是指：

• 一致性（Consistency）：每次讀操作都能保證返回的是最新數(shù)據(jù)；

• 可用性（Availablity）：任何一個沒有發(fā)生故障的節(jié)點，會在合理的時間內(nèi)返回一個正常的結(jié)果；

• 分區(qū)容忍性（Partition-tolerance）：當(dāng)節(jié)點間出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，照樣可以提供服務(wù)。

1.一致性：一致性是指數(shù)據(jù)在多個副本之間是否能夠保持一致的特性。假如現(xiàn)在的多個節(jié)點中的數(shù)據(jù)是保持一致的，當(dāng)執(zhí)行完某一個更新操作之后，應(yīng)當(dāng)要保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)然后處于一致性的狀態(tài)。對于一個將數(shù)據(jù)副本分布在不同的分布式節(jié)點上，如果對第一個結(jié)點的數(shù)據(jù)進(jìn)行了更新的操作，并且更新成功之后，卻沒有讓第二個節(jié)點得到相應(yīng)的更新。當(dāng)外部系統(tǒng)再去調(diào)用第二個節(jié)點時，獲取到的依然是原始的數(shù)據(jù)，這就是分布式數(shù)據(jù)不一致的情況了。在分布式系統(tǒng)中，如果能夠做到針對一個數(shù)據(jù)項更新操作執(zhí)行成功之后，所有的用戶都可以讀取到最新的值，那么這樣的系統(tǒng)就被認(rèn)為是具有強(qiáng)一致性的。

2.可用性：可用性是指系統(tǒng)提供的服務(wù)必須一直處于可用的狀態(tài)，對于用戶的每一個操作請求總是能夠在有限的時間內(nèi)，返回結(jié)果。有限的時間內(nèi)：對于用戶的一個操作請求，系統(tǒng)必須能夠在指定的時間內(nèi)返回對應(yīng)的結(jié)果。如果超過了這個時間，就認(rèn)為系統(tǒng)是不可用的。返回結(jié)果是可用性的一個非常重要的指標(biāo)，它要求系統(tǒng)在完成對用戶請求的處理后，返回一個正常的響應(yīng)結(jié)果。正常的響應(yīng)結(jié)果包含成功或失敗，而不是一個讓用戶迷惑的結(jié)果。

3.分區(qū)容錯性：分布式系統(tǒng)在遇到任何網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障的時候，仍然需要對外提供滿足一致性和可用性的服務(wù)。

CAP

一個分布式系統(tǒng)既然不能同時滿足上述的三個需求，因此在進(jìn)行對cap定理的應(yīng)用時，我們就需要去拋棄一項。

①選擇CA

放棄分區(qū)容錯性，比較簡單的方式就是把所有的數(shù)據(jù)都放在一個分布式節(jié)點上。那不就又成為了單機(jī)應(yīng)用了嗎？

②選擇CP

放棄可用性，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，受到影響的服務(wù)需要再等待一定時間，因為系統(tǒng)處于不可用的狀態(tài)。

③選擇AP

放棄一致性，這里所指的一致性是強(qiáng)一致性，但是確保最終一致性。是很多分布式系統(tǒng)的選擇。

小結(jié)：從cap的定理可以看出，分區(qū)容錯性是一個最基本的要求，因為既然是一個分布式系統(tǒng)，必然要部署到兩個或兩個以上的節(jié)點上，否則，就不是分布式系統(tǒng)，因此我們只能在一致性和可用性尋求平衡。

BASE理論

BASE理論

base是Basically Available（基本可用）、Soft state（軟狀態(tài)）和Eventually consistent（最終一致性）三個短語的簡寫。base是對cap中一致性和可用性的權(quán)衡的結(jié)果。是根據(jù)cao理論演變而來，核心思想是即使無法做到強(qiáng)一致性，但是每個應(yīng)用根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點，采用適當(dāng)?shù)姆绞絹硎瓜到y(tǒng)達(dá)到最終與執(zhí)行。

①基本可用

基本可用指的是分布式系統(tǒng)出現(xiàn)了不可預(yù)知故障的時候，允許損失部分可用性。響應(yīng)時間合理延長，功能上適當(dāng)做服務(wù)降級。

②弱狀態(tài)

弱狀態(tài)指的是允許系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在中間狀態(tài)，并認(rèn)為該中間狀態(tài)不會影響系統(tǒng)的整體可用性，即允許在各個節(jié)點數(shù)據(jù)同步時存在延時。

③最終一致性

最終一致性強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)副本，在經(jīng)過一段時間的同步之后，最終能夠達(dá)到一個一致的狀態(tài)。因此，最終一致性的本質(zhì)是需要系統(tǒng)保證數(shù)據(jù)最終能夠達(dá)到一致。而不需要實時保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性。

AKF架構(gòu)原則

AFK立方體

X軸擴(kuò)展

所謂X軸代表把同樣的工作或數(shù)據(jù)鏡像分配給多個實體。換句話說就是復(fù)制服務(wù)然后負(fù)載均衡。這也是最簡單最基礎(chǔ)的擴(kuò)展。

示例：我有個網(wǎng)站，一開始部署在服務(wù)器A上對外服務(wù)，隨著訪問人數(shù)增加，一臺服務(wù)器的性能無法支持，于是我又在服務(wù)器上B上同樣部署了網(wǎng)站，然后在前面部署了Apache或者Nginx來分流訪問，這就是最基本的X軸擴(kuò)展。

Y軸擴(kuò)展

針對X軸擴(kuò)展產(chǎn)生的問題，我們需要將大型服務(wù)進(jìn)行拆解，把分割的工作指責(zé)和數(shù)據(jù)分配給多個實體這也就是Y軸擴(kuò)展。也是微服務(wù)理論誕生的基礎(chǔ)。

示例：我把網(wǎng)站的注冊登錄模塊，首頁新聞?wù)故灸K，后臺維護(hù)模塊拆成了多個微服務(wù)進(jìn)行部署維護(hù)。 X軸擴(kuò)展和Y軸擴(kuò)展并不矛盾，是可以結(jié)合的，比如我發(fā)現(xiàn)新聞?wù)故灸K壓力很大，我可以對新聞?wù)故灸K進(jìn)行X軸擴(kuò)展，部署多個鏡像來分擔(dān)壓力。

Z軸擴(kuò)展

Z軸代表按照客戶、客戶的需要、位置或者價值分割或分配工作職責(zé)。一般在超大型系統(tǒng)中，架構(gòu)設(shè)計就會面臨Z軸擴(kuò)展的需求。

示例：網(wǎng)站一開始建設(shè)在上海數(shù)據(jù)中心，面向全國服務(wù)。隨著公司業(yè)務(wù)的增長，西安的客戶大量增加，但是訪問上海數(shù)據(jù)中心速度很慢，所以公司考慮在西安建立數(shù)據(jù)中心來應(yīng)對用戶訪問，這就是Z軸擴(kuò)展。

康威定律

• 第一定律:企業(yè)溝通方式會通過系統(tǒng)設(shè)計表達(dá)出來

• 第二定律:再多的時間也沒辦法讓任務(wù)完美至極，但總有時間能將它完成

• 第三定律:線型系統(tǒng)和線型組織架構(gòu)間有潛在的異質(zhì)同態(tài)特性

• 第四定律:大系統(tǒng)比小系統(tǒng)更適用于任務(wù)分解

架構(gòu)思維

架構(gòu)思維圖

架構(gòu)的變遷

架構(gòu)的變遷圖

單體架構(gòu)：最簡單架構(gòu)風(fēng)格所有代碼在一個項目中，團(tuán)隊所有成員，可隨時任意修改一段代碼或增加一些新的代碼。

單體架構(gòu)圖

Web應(yīng)用程序發(fā)展的早期，大部分web工程師將所有的功能模塊打包到一起并放在一 個web容器中運行，所有功能模塊使用同一個數(shù)據(jù)庫。

特點:

1、所有的功能集成在一個項目工程中。

2、所有的功能打在一個war包部署到服務(wù)器。

3、通過部署應(yīng)用集群和數(shù)據(jù)庫集群來提高系統(tǒng)的性能。

優(yōu)點:

1、項目架構(gòu)簡單，前期開發(fā)成本低，周期短，小型項目的首選。

2、開發(fā)效率高，模塊之間交互采用本地方法調(diào)用。

3、容易部署，運維成本小，直接打包到web容器即可運行。

4、容易測試，無依賴，在本地就可以啟動調(diào)試完整的系統(tǒng)。

缺點:

1、全部功能集成在一個工程中，對于大型項目不易擴(kuò)展及維護(hù)。

2、版本迭代速度逐漸變慢，修改就要將整個應(yīng)用全部編譯。

3、無法針對某業(yè)務(wù)按需伸縮。

垂直架構(gòu)：分層是典型的對復(fù) 雜系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化 思考和抽象聚合的 通用方法，也符合金字塔原理。MVC是一個常見的三層架構(gòu)模式。

垂直架構(gòu)圖

針對單體架構(gòu)的不足，為了適應(yīng)大型項目的開發(fā)需求，許多公司將一個單體系統(tǒng)按業(yè) 務(wù)垂直拆分為若干系統(tǒng)，系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)交互來完成用戶的業(yè)務(wù)處理，每個系統(tǒng)可 分布式部署，這種架構(gòu)稱為分布式架構(gòu)。

特點:

1、按業(yè)務(wù)垂直拆分成一個一個的單體系統(tǒng)，此架構(gòu)也稱為垂直架構(gòu)。

2、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的存在數(shù)據(jù)冗余，耦合性較大，如上圖中三個項目都存在客戶信息。

3、系統(tǒng)之間的接口多為實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，如上圖中三個項目要同步客戶信息。

優(yōu)點:

1、通過垂直拆分，每個子系統(tǒng)變成小型系統(tǒng)，功能簡單，前期開發(fā)成本低，周期短。

2、每個子系統(tǒng)可按需伸縮。

3、每個子系統(tǒng)可采用不同的技術(shù)。

缺點:

1、子系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)冗余、功能冗余，耦合性高。

2、按需伸縮粒度不夠，對同一個子系統(tǒng)中的不同的業(yè)務(wù)無法實現(xiàn)，比如訂單管理和用戶管理。

SOA架構(gòu)：面向服務(wù)架構(gòu)是一種建設(shè)企業(yè)IT生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)指導(dǎo)思想。SOA關(guān)注服務(wù)，服務(wù)是最基本的業(yè)務(wù)功能單元， 服務(wù)之間通過ESB通信。

SOA架構(gòu)圖

SOA是一種面向服務(wù)的架構(gòu)，基于分布式架構(gòu)，它將不同業(yè)務(wù)功能按服務(wù)進(jìn)行拆分， 并通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和協(xié)議聯(lián)系起來。

特點:

1、基于SOA的架構(gòu)思想，將重復(fù)公用的功能抽取為組件，以服務(wù)的方式向各個系統(tǒng)提供服務(wù)。

2、各個系統(tǒng)與服務(wù)之間采用webservice、rpc等方式進(jìn)行通信。

3、ESB企業(yè)服務(wù)總線作為系統(tǒng)與服務(wù)之間通信的橋梁。

優(yōu)點:

1、將重復(fù)的功能抽取為服務(wù)，提高開發(fā)效率，提高系統(tǒng)的可重用性、可維護(hù)性。

2、可以針對不同服務(wù)的特點按需伸縮。

3、采用ESB減少系統(tǒng)中的接口耦合。

缺點:

1、系統(tǒng)與服務(wù)的界限模糊，會導(dǎo)致抽取的服務(wù)的粒度過大，系統(tǒng)與服務(wù)之間耦合性高。

2、雖然使用了ESB，但是服務(wù)的接口協(xié)議不固定，種類繁多，不利于系統(tǒng)維護(hù)。

微服務(wù)架構(gòu)：微服務(wù)架構(gòu)風(fēng)格以實現(xiàn)一組小服務(wù)的方式來開發(fā)一個獨立的應(yīng)用系統(tǒng)方法。其中每個小服務(wù)運行在獨立進(jìn)程。服務(wù)間通過ApiGW機(jī)制通信。

微服務(wù)架構(gòu)圖

基于SOA架構(gòu)的思想，為了滿足移動互聯(lián)網(wǎng)對大型項目及多客戶端的需求，對服務(wù)層進(jìn)行細(xì)粒度的拆分，所拆分的每個服務(wù)只完成某個特定的業(yè)務(wù)功能，比如訂單服務(wù)只實現(xiàn)訂單相關(guān)的業(yè)務(wù)，用戶服務(wù)實現(xiàn)用戶管理相關(guān)的業(yè)務(wù)等等，服務(wù)的粒度很小，所以稱為微服務(wù)架構(gòu)。

特點:

1、服務(wù)層按業(yè)務(wù)拆分為一個一個的微服務(wù)。

2、微服務(wù)的職責(zé)單一。

3、微服務(wù)之間采用RESTful、RPC等輕量級協(xié)議傳輸。

4、有利于采用前后端分離架構(gòu)。

優(yōu)點:

1、服務(wù)拆分粒度更細(xì)，有利于資源重復(fù)利用，提高開發(fā)效率。

2、可以更加精準(zhǔn)的制定每個服務(wù)的優(yōu)化方案，按需伸縮。

3、適用于互聯(lián)網(wǎng)時代，產(chǎn)品迭代周期更短。

缺點:

1、開發(fā)的復(fù)雜性增加，因為一個業(yè)務(wù)流程需要多個微服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)交互來完成。

2、微服務(wù)過多，服務(wù)治理成本高，不利于系統(tǒng)維護(hù)。

微服務(wù)架構(gòu)2.0-Service Mesh

Service Mesh

優(yōu)點:

1、屏蔽分布式系統(tǒng)通信的復(fù)雜性(負(fù)載均衡、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、認(rèn)證授權(quán)、監(jiān)控追蹤、流量控 制等等)，服務(wù)只用關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯。

2、真正的與語言無關(guān)，服務(wù)可以用任何語言編寫，只需和Service Mesh通信即可。

3、對應(yīng)用透明，Service Mesh組件可以單獨升級。

缺點:

1、邊緣網(wǎng)絡(luò)，IoT場景:資源非常有限，不適合啟動太多Sidecar。

2、FaaS場景:應(yīng)用自身足夠輕量，甚至比Sidecar還要輕量。

3、Serverless場景:ScaletoZero時，對冷啟動速度有嚴(yán)格要求，Sidecar的啟動和初始化可能拖累應(yīng)用啟動速度。