我想這個問題,十個人回答得有十一個答案,因為另外的那一個是大家妥協(xié)的結(jié)果。哈哈,我理解,架構(gòu)就是骨架,如下圖所示:
創(chuàng)新互聯(lián)公司長期為1000多家客戶提供的網(wǎng)站建設(shè)服務(wù),團隊從業(yè)經(jīng)驗10年,關(guān)注不同地域、不同群體,并針對不同對象提供差異化的產(chǎn)品和服務(wù);打造開放共贏平臺,與合作伙伴共同營造健康的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境。為海豐企業(yè)提供專業(yè)的成都網(wǎng)站設(shè)計、成都網(wǎng)站建設(shè),海豐網(wǎng)站改版等技術(shù)服務(wù)。擁有10年豐富建站經(jīng)驗和眾多成功案例,為您定制開發(fā)。人類的身體的支撐是主要由骨架來承擔(dān)的,然后是其上的肌肉、神經(jīng)、皮膚。架構(gòu)對于軟件的重要性不亞于骨架對人類身體的重要性。
這個問題我問過的面試者不下于數(shù)十次,回答五花八門,在我看來,模式就是經(jīng)驗,設(shè)計模式就是設(shè)計經(jīng)驗,有了這些經(jīng)驗,我們就能在特定情況下使用特定的設(shè)計、組合設(shè)計,這樣可以大大節(jié)省我們的設(shè)計時間,提高工作效率。
作為一個工作10年以上的老碼農(nóng),經(jīng)歷的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計也算不少,接下來,我會把工作中用到的一些架構(gòu)方面的設(shè)計模式分享給大家,望大家少走彎路??傮w而言,共有八種,分別是:
這是最簡單的一種設(shè)計模式,我們的大部分本科畢業(yè)設(shè)計、一些小的應(yīng)用,基本上都是這種模式,這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,這種模式一般只有一個數(shù)據(jù)庫,一個業(yè)務(wù)應(yīng)用層,一個后臺管理系統(tǒng),所有的業(yè)務(wù)都是用過業(yè)務(wù)層完成的,所有的數(shù)據(jù)也都是存儲在一個數(shù)據(jù)庫中的,好一點會有數(shù)據(jù)庫的同步。雖然簡單,但是也并不是一無是處。
基本上所有的大型的網(wǎng)站都有或多或少的采用這一種設(shè)計模式,常見的應(yīng)用場景是使用CDN技術(shù)把網(wǎng)頁、圖片、CSS、JS等這些靜態(tài)資源分發(fā)到離用戶最近的服務(wù)器。這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,這種模式較單庫單應(yīng)用模式多了一個CDN、一個云存儲OSS(七牛、又拍等雷同)。一個典型的應(yīng)用流程(以用戶上傳、查看圖片需求為例)如下:
程序顯示該圖片,查看完成。
由上可知,這個模式的關(guān)鍵是智能DNS,它能夠解析出離用戶最近的服務(wù)器。運行原理大致是:根據(jù)請求者的IP得到請求地點B,然后通過計算或者配置得到與B最近或通訊時間最短的服務(wù)器C,然后把C的IP地址返回給請求者。這種模式的優(yōu)缺點如下:
這種模式主要解決單機數(shù)據(jù)庫壓力過大,從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)緩慢甚至超時,查詢響應(yīng)時間變長的問題,也包括需要大量數(shù)據(jù)庫服務(wù)器計算資源的查詢請求。這個可以說是單庫單應(yīng)用模式的升級版本,也是技術(shù)架構(gòu)迭代演進過程中的必經(jīng)之路。
這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,這種模式較單庫單應(yīng)用模式與內(nèi)容分發(fā)模式多了幾個部分,一個是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的主從分離,一個是引入了ES,為什么要這樣?都解決了哪些痛點,下面具體結(jié)合業(yè)務(wù)需求場景進行敘述。
場景一:全文關(guān)鍵詞檢索
我想這個需求,絕大多數(shù)應(yīng)用都會有,如果使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù),大部分可能都會使用like這種SQL語句,高級一點可能是先分詞,然后通過分詞index相關(guān)的記錄。SQL語句的性能問題與全表掃描機制導(dǎo)致了非常嚴(yán)重的性能問題,現(xiàn)在基本上很少見到。
這里的ES是ElasticSearch的縮寫,是一種查詢引擎,類似的還有Solr等,都差不多的技術(shù),ES較Solr配置簡單、使用方便,所以這里選用了它。另外,ES支持橫向擴展,理論上沒有性能的瓶頸。同時,還支持各種插件、自定義分詞器等,可擴展性較強。在這里,使用ES不僅可以替代數(shù)據(jù)庫完成全文檢索功能,還可以實現(xiàn)諸如分頁、排序、分組、分面等功能。具體的,請同學(xué)們自行學(xué)習(xí)之。那怎么使用呢?一個一般的流程是這樣的:
實際中怎么用,還請同學(xué)們根據(jù)實際情況做組合、取舍。
場景二:大量的普通查詢
這個場景是指我們的業(yè)務(wù)中的大部分輔助性的查詢,如:取錢的時候先查詢一下余額,根據(jù)用戶的ID查詢用戶的記錄,取得該用戶最新的一條取錢記錄等。我們肯定是要天天要用的,而且用的還非常多。同時呢,我們的寫入請求也是非常多的,導(dǎo)致大量的寫入、查詢操作壓向同一數(shù)據(jù)庫,然后,數(shù)據(jù)庫掛了,系統(tǒng)掛了,領(lǐng)導(dǎo)生氣了,被開除了,還不起房貸了,露宿街頭了,老婆跟別人跑了,......
不敢想,所以要求我們必須分散數(shù)據(jù)庫的壓力,一個業(yè)界較成熟的方案就是數(shù)據(jù)庫的讀寫分離,寫的時候入主庫,讀的時候讀從庫。這樣就把壓力分散到不同的數(shù)據(jù)庫了,如果一個讀庫性能不行,扛不住的話,可以一主多從,橫向擴展??芍^是一劑良藥?。∧窃趺词褂媚??一個一般的流程是這樣的:
比較簡單吧,一些聰明的、愛思考的、上進的同學(xué)可能發(fā)現(xiàn)問題了,也包括上面介紹的場景一,就是延遲問題,如:數(shù)據(jù)還沒有到從庫,我就馬上讀,那么是讀不到的,會發(fā)生問題的。
對于這個問題,各家公司解決的思路不一樣,方法不盡相同。一個普遍的解決方案是:讀不到就讀主庫,當(dāng)然這么說也是有前提條件的,但具體的方案這里就不一一展開了,我可能會在接下來的分享中詳解各種方案。
另外,關(guān)于數(shù)據(jù)庫的復(fù)制模式,還請同學(xué)們自行學(xué)習(xí),太多了,這里說不清。該總結(jié)一下這種模式的優(yōu)缺點的了,如下:
上面的模式看似不錯,解決了性能問題,我可以不用露宿街頭了、老婆還是我的,哈哈。但是
軟件系統(tǒng)天生的復(fù)雜性決定了,除了性能,還有其他諸如高可用、健壯性等大量問題等待我們解決,再加上各個部門間的扯皮,更讓我們碼農(nóng)雪上加霜,所以
繼續(xù)吧......
微服務(wù)模式可以說是最近的熱點,花花綠綠、大大小小、國內(nèi)國外的公司都在吹捧,實踐這個模式,可是大部分都沒有弄清楚為什么要這么做,也并不知道這么做有什么好處、壞處,在這里,我將以我自己的親身實踐說一下我對這個模式的看法,不喜勿噴!隨著業(yè)務(wù)與人員的增加,遇到了如下的問題:
為了解決上述問題,我司使用了微服務(wù)模式,這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,我把業(yè)務(wù)分塊,做了垂直切分,切成一個個獨立的系統(tǒng),每個系統(tǒng)各自衍化,有自己的庫、緩存、ES等輔助系統(tǒng),系統(tǒng)之間的實時交互通過RPC,異步交互通過MQ,通過這種組合,共同完成整個系統(tǒng)功能。
那么,這么做是否真的解決上述問題了呢?不玩虛的,一個個來說。對于問題一,由于拆分成了多個子系統(tǒng),系統(tǒng)的壓力被分散了,而各個子系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)庫實例,所以數(shù)據(jù)庫的壓力變小。
對于問題二,一個子系統(tǒng)A的數(shù)據(jù)庫掛了,只是影響到系統(tǒng)A和使用系統(tǒng)A的那些功能,不會所有的功能不可用,從而解決一個數(shù)據(jù)庫掛了,導(dǎo)致所有功能不可用的問題。
問題三、四,也因為拆分得到了解決,各個子系統(tǒng)有自己獨立的GIT代碼庫,不會相互影響。通用的模塊可通過庫、服務(wù)、平臺的形式解決。
問題五,子系統(tǒng)A發(fā)生改變,需要上線,那么我只需要編譯A,然后上線就可以了,不需要其他系統(tǒng)做同樣的事情。
問題六,順應(yīng)了康威定律,我部門該干什么事、輸出什么,也通過服務(wù)的形式暴露出來,我部只管把我部的職責(zé)、軟件功能做好就可以。
問題七,所有需要我部數(shù)據(jù)的需求,都通過接口的形式發(fā)布出去,客戶通過接口獲取數(shù)據(jù),從而屏蔽了底層數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),甚至數(shù)據(jù)來源,我部只需保證我部的接口契約沒有發(fā)生變化即可,新的需求增加新的接口,不會影響老的接口。
問題八,不同的子系統(tǒng)需要不同的權(quán)限,這個問題也優(yōu)雅的解決了。
問題九,暫時控制住了復(fù)雜性,我只需控制好大的方面,定義好系統(tǒng)邊界、接口、大的流程,然后再分而治之、逐個擊破、合縱連橫。
目前來說,所有問題得到解決!bingo!
但是,還有許多其他的副作用會隨之產(chǎn)生,如RPC、MQ的超高穩(wěn)定性、超高性能,網(wǎng)絡(luò)延遲,數(shù)據(jù)一致性等問題,這里就不展開來講了,太多了,一本書都講不完。
另外,對于這個模式來說,最難把握的是度,切記不要切分過細(xì),我見過一個功能一個子系統(tǒng),上百個方法分成上百個子系統(tǒng)的,真的是太過度了。實踐中,一個較為可行的方法是:能不分就不分,除非有非常必要的理由!。
這個模式可以說是應(yīng)對超高查詢壓力的一種普遍采用的策略,基本的思想就是在所有鏈路的地方,能加緩存就加緩存,如下圖所示:
如上圖所示,一般在三個地方加入緩存,一個是客戶端處,一個是API網(wǎng)關(guān)處,一個是具體的后端業(yè)務(wù)處,下面分別介紹。
客戶端處緩存:這個地方加緩存可以說是效果最好的---無延遲。因為不用經(jīng)過長長的網(wǎng)絡(luò)鏈條去后端業(yè)務(wù)處獲取數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致加載時間過長,客戶流失等損失。雖然有CDN的支持,但是從客戶端到CDN還是有網(wǎng)絡(luò)延遲的,雖然不大。具體的技術(shù)依據(jù)不同的客戶端而定,對于WEB來講,有瀏覽器本地緩存、Cookie、Storage、緩存策略等技術(shù);對于APP來講,有本地數(shù)據(jù)庫、本地文件、本地內(nèi)存、進程內(nèi)緩存支持。以上提到的各種技術(shù)有興趣的同學(xué)可以繼續(xù)展開來學(xué)習(xí)。如果客戶端緩存沒有命中,那么就會去后端業(yè)務(wù)拿數(shù)據(jù),一般來講,都會有個API網(wǎng)關(guān),在這里加緩存也是非常有必要的。
API網(wǎng)關(guān)處緩存:這個地方加緩存的好處是不用把請求發(fā)送到后方,直接在這里就處理了,然后返回給請求者。常見的技術(shù),如http請求,API網(wǎng)關(guān)用的基本都是nginx,可以使用nginx本身的緩存模塊,也可以使用Lua+Redis技術(shù)定制化。其他的也都大同小異。
后端業(yè)務(wù)處:這個我想就不用多說了,大家應(yīng)該差不多都知道,什么Redis,Memcache,Jvm內(nèi)等等,不熬述了。
實踐中,要結(jié)合具體的實際情況,綜合利用各級緩存技術(shù),使得各種請求大程度的在到達后端業(yè)務(wù)之前就被解決掉,從而減少后端服務(wù)壓力、減少占用帶寬、增強用戶體驗。至于是否只有這三個地方加緩存,我覺得要活學(xué)活用,心法比劍法重要!總結(jié)一下這個模式的優(yōu)缺點:
這種模式主要解決單表寫入、讀取、存儲壓力過大,從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)緩慢甚至超時,交易失敗,容量不夠的問題。一般有水平切分和垂直切分兩種,這里主要介紹水平切分。這個模式也是技術(shù)架構(gòu)迭代演進過程中的必經(jīng)之路。
這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示紅色部分,把一張表分到了幾個不同的庫中,從而分擔(dān)壓力。是不是很籠統(tǒng)?哈哈,那我們接下來就詳細(xì)的講解一下。首先澄清幾個概念,如下:
主機:硬件,指一臺物理機,或者虛擬機,有自己的CPU,內(nèi)存,硬盤等。
實例:數(shù)據(jù)庫實例,如一個MySQL服務(wù)進程。一個主機可以有多個實例,不同的實例有不同的進程,監(jiān)聽不同的端口。
庫:指表的集合,如學(xué)校庫,可能包含教師表、學(xué)生表、食堂表等等,這些表在一個庫中。一個實例中可以有多個庫。庫與庫之間用庫名來區(qū)分。
表:庫中的表,不必多說,不懂的就不用往下看了,不解釋。
那么怎么把單表分散呢?到底怎么個分發(fā)呢?分發(fā)到哪里呢?以下是幾個工作中的實踐,分享一下:
主機:這是最主要的也是最重要的點,本質(zhì)上分庫分表是因為計算與存儲資源不夠?qū)е碌?,而這種資源主要是由物理機,主機提供的,所以在這里分是最基本的,畢竟沒有可用的計算資源,怎么分效果都不是太好的。
實例:實例控制著連接數(shù),同時受OS限制,CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)IO也會受間接影響。會出現(xiàn)熱實例的現(xiàn)象,即:有些實例特別忙,有些實例非常的空閑。一個典型的現(xiàn)象是:由于單表反應(yīng)慢,導(dǎo)致連接池被打滿,所有其他的業(yè)務(wù)都受影響了。這時候,把表分到不同的實例是有一些效果的。
庫:一般是由于單庫中大單表數(shù)量的限制,才采取分庫。
表:單表壓力過大,索引量大,容量大,單表的鎖。據(jù)以上,把單表水平切分成不同的表。
大型應(yīng)用中,都是一臺主機上只有一個實例,一個實例中只有一個庫,庫==實例==主機,所以才有了分庫分表這個簡稱。
既然知道了基本理論,那么具體是怎么做的呢?邏輯是怎么跑的呢?接下來以一個例子來講解一下。
這個需求很簡單,用戶表(user),單表數(shù)據(jù)量1億,查詢、插入、存儲都出現(xiàn)了問題,怎么辦呢?
首先,分析問題,這個明顯是由于數(shù)據(jù)量太大了而導(dǎo)致的問題。
其次,設(shè)計方案,可以分為10個庫,這樣每個庫的數(shù)據(jù)量就降到了1KW,單表1KW數(shù)據(jù)量還是有些大,而且不利于以后量的增長,所以每個庫再分100個表,這個每個單表數(shù)據(jù)量就為10W了,對于查詢、索引更新、單表文件大小、打開速度,都有一些益處。接下來,給IT部門打電話,要10臺物理機,擴展數(shù)據(jù)庫......
最后,邏輯實現(xiàn),這里應(yīng)該是最有學(xué)問的地方。首先是寫入數(shù)據(jù),需要知道寫到哪個分庫分表中,讀也是一樣的,所以,需要有個請求路由層,負(fù)責(zé)把請求分發(fā)、轉(zhuǎn)換到不同的庫表中,一般有路由規(guī)則的概念。
怎么樣,簡單吧?哈哈,too 那義務(wù)。說說這個模式的問題,主要是帶來了事務(wù)上的問題,因為分庫分表,事務(wù)完成不了,而分布式事務(wù)又太笨重,所以這里需要有一定的策略,保證在這種情況下事務(wù)能夠完成。采取的策略如:最終一致性、復(fù)制、特殊設(shè)計等。再有就是業(yè)務(wù)代碼的改造,一些關(guān)聯(lián)查詢要改造,一些單表orderBy的問題需要特殊處理,也包括groupBy語句,如何解決這些副作用不是一句兩句能說清楚的,以后有時間,我單獨講講這些。
該總結(jié)一下這種模式的優(yōu)缺點的了,如下:
這種模式主要解決突發(fā)流量的到來,導(dǎo)致無法橫向擴展或者橫向擴展太慢,進而影響業(yè)務(wù),全站崩潰的問題。這個模式是一種相對來說比較高級的技術(shù),也是各個大公司目前都在研究、試用的技術(shù)。截至今日,有這種思想的架構(gòu)師就已經(jīng)是很不錯了,能夠拿到較高薪資,更別提那些已經(jīng)實踐過的,甚至實現(xiàn)了底層系統(tǒng)的那些,所以,你懂得......
這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,多了一個彈性伸縮服務(wù),用來動態(tài)的增加、減少實例。原理上非常簡單,但是這個模式到底解決什么問題呢?先說說由來和意義。
每年的雙11、六一八或者一些大促到來之前,我們都會為大流量的到來做以下幾個方面的工作:
提前準(zhǔn)備10倍甚至更多的機器,即使用不上也要放在那里備著,以防萬一。這樣浪費了大量的資源。
每臺機器配置、調(diào)試、引流,以便讓所有的機器都可用。這樣浪費了大量的人力、物力,更容易出錯。
如果機器準(zhǔn)備不充分,那么還要加班加點的重復(fù)上面的工作。這樣做特別容易出錯,引來領(lǐng)導(dǎo)的不滿,沒時間回家陪老婆,然后你的老婆就......(自己想)
在雙十一之后,我們還要人工做縮容,非常的辛苦。一般一年中會有多次促銷,那么我們就會一直這樣,實在是煩!
最嚴(yán)重的,突然間的大流量爆發(fā),會讓我們觸不及防,半夜起來擴容是在正常不過的事情,為此,我們偷懶起來,要更多的機器備著,也就出現(xiàn)了大量的cpu利用率為1%的機器。
我相信,如果你是老板一定很震驚吧?。?!
哈哈,那么如何改變這種情況呢?請接著看
為此,首先把所有的計算資源整合成資源池的概念,然后通過一些策略、監(jiān)控、服務(wù),動態(tài)的從資源池中獲取資源,用完后在放回到池子中,供其他系統(tǒng)使用。
具體實現(xiàn)上比較成熟的兩種資源池方案是VM、docker,每個都有著自己強大的生態(tài)。監(jiān)控的點有CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)IO、服務(wù)質(zhì)量等,根據(jù)這些,在配合一些預(yù)留、擴張、收縮策略,就可以簡單的實現(xiàn)自動伸縮。怎么樣?是不是很神奇?深入的內(nèi)容我們會在的碼農(nóng)原創(chuàng)的公眾號文章中詳細(xì)介紹。
該總結(jié)一下這種模式的優(yōu)缺點的了,如下:
這種模式主要解決不同地區(qū)高性能、高可用的問題。
隨著應(yīng)用用戶不斷的增加,用戶群體分布在全球各地,如果把服務(wù)器部署在一個地方,一個機房,比如北京,那么美國的用戶使用應(yīng)用的時候就會特別慢,因為每一個請求都需要通過海底光纜走上個那么一秒鐘(預(yù)估)左右,這樣對用戶體驗及其不好。怎么辦?使用多機房部署。
這種模式的一般設(shè)計見下圖:
如上圖所示,一個典型的用戶請求流程如下:
用戶請求一個鏈接A
通過DNS智能解析到離用戶最近的機房B
使用B機房服務(wù)鏈接A
是不是覺得很簡單,沒啥?其實這里面的問題沒有表面這么簡單,下面一一道來。
首先是數(shù)據(jù)同步問題,在中國產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要同步到美國,美國的也一樣,數(shù)據(jù)同步就會涉及數(shù)據(jù)版本、一致性、更新丟棄、刪除等問題。
其次是一地多機房的請求路由問題,典型的是如上圖,中國的北京機房和杭州機房,如果北京機房掛了,那么要能夠通過路由把所有發(fā)往北京機房的請求轉(zhuǎn)發(fā)到杭州機房。異地也存在這個問題。
所以,多機房模式,也就是異地多活并不是那么的簡單,這里只是起了個頭,具體的有哪些坑,會在另一篇文章中介紹。
該總結(jié)一下這種模式的優(yōu)缺點的了,如下:
至此,整個關(guān)于八種架構(gòu)設(shè)計模式及其優(yōu)缺點概述就介紹完了,大約1W字左右。最后,我想說的是沒有銀彈、靈活運用,共勉!
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