今天小編就為大家?guī)硪黄榻B軟件架構(gòu)階段變化的特點(diǎn)以及前后架構(gòu)更替的原因和關(guān)系的文章。小編覺得挺實(shí)用的,為此分享給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過來看看吧。
專注于為中小企業(yè)提供網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)服務(wù),電腦端+手機(jī)端+微信端的三站合一,更高效的管理,為中小企業(yè)鼓樓免費(fèi)做網(wǎng)站提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。我們立足成都,凝聚了一批互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才,有力地推動了成百上千家企業(yè)的穩(wěn)健成長,幫助中小企業(yè)通過網(wǎng)站建設(shè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)充和轉(zhuǎn)變。
業(yè)務(wù)驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展是亙古不變的道理。最開始的時(shí)候,業(yè)務(wù)量少,業(yè)務(wù)復(fù)雜度低,采取的技術(shù)也相對簡單,基本滿足用戶對功能的需求。隨著IT信息化的普及,更多的交易放到了網(wǎng)絡(luò)上,信息量增加和訪問次數(shù)頻繁就是要解決的問題了。因此,逐漸加入了緩存、集群等技術(shù)手段。同時(shí)對業(yè)務(wù)的擴(kuò)展性和伸縮性的要求也越來越高。高并發(fā)、高可用、可伸縮、可擴(kuò)展、夠安全的軟件架構(gòu)一直是架構(gòu)設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。今天我們來看一下架構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了哪些階段,每個(gè)階段都解決了哪些問題,又引出了哪些新問題。主要是引起大家的思考,在不同的業(yè)務(wù)發(fā)展階段采取合適技術(shù)手段,用變化擁抱變化是IT人追求的目標(biāo)。
最早的業(yè)務(wù)應(yīng)用以網(wǎng)站、OA等為主,訪問的人數(shù)有限,單臺服務(wù)器就能夠應(yīng)付。通常,將應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫部署到一臺服務(wù)器上面,如圖1-1所示。在這一階段,我們利用LAMP(Linux Apache MySQL PHP)技術(shù)就可以迅速搞定,并且這些工具都是開源的。很長一段時(shí)間內(nèi),有各種針對這種應(yīng)用模式的開源代碼可以使用。這種模式基本上沒有高并發(fā)的要求,可用性也很差。有的服務(wù)器采用托管模式,上面就安裝了不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用,一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題,所有的應(yīng)用就罷工了。不過其開發(fā)和部署成本相對較低,適合剛剛起步的應(yīng)用服務(wù)。圖1 就描述了單個(gè)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在單臺服務(wù)器的模式,我們稱這種模式為應(yīng)用與數(shù)據(jù)一體模式。
圖 1 應(yīng)用與數(shù)據(jù)一體模式
隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展,用戶數(shù)和請求數(shù)逐漸上升,服務(wù)器的性能出現(xiàn)了問題。其中比較簡單的解決方案就是增加資源,將業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲分開,其架構(gòu)圖如圖2所示。其中,應(yīng)用服務(wù)器需要處理大量的業(yè)務(wù)請求,對CPU和內(nèi)存有一定要求;而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和索引等IO操作,對磁盤的轉(zhuǎn)速和內(nèi)存會考慮更多。這樣的分離解決了性能的問題,我們需要擴(kuò)展更多的硬件資源讓其各司其職,使系統(tǒng)可以處理更多的用戶請求。雖然業(yè)務(wù)上依舊存在耦和,但硬件層面的分離在可用性上比一體式設(shè)計(jì)要好很多。
圖2 應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離模式
隨著信息化系統(tǒng)的發(fā)展和使用互聯(lián)網(wǎng)人數(shù)的增多,業(yè)務(wù)量、用戶量、數(shù)據(jù)量都在增長。我們同時(shí)發(fā)現(xiàn),用戶會對某些數(shù)據(jù)的請求量特別大,例如新聞、商品信息和熱門消息。之前這些信息的獲取方式是依靠數(shù)據(jù)庫,因此受到數(shù)據(jù)庫IO性能的影響。此時(shí)數(shù)據(jù)庫成為了整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。如果再增加服務(wù)器的數(shù)量,恐怕也很難解決,于是緩存技術(shù)就登場了,其架構(gòu)圖如圖3所示。這里提到的緩存技術(shù)分為客戶端瀏覽器緩存、應(yīng)用服務(wù)器本地緩存和緩存服務(wù)器緩存。
經(jīng)過前面三個(gè)階段的演進(jìn),系統(tǒng)對用戶的請求量有了很好的支持。實(shí)際上,這都是在解決高性能和可用性的問題,這一核心問題會一直貫穿整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的演進(jìn)過程中。隨著用戶請求量的增加,另外一個(gè)問題又出現(xiàn)了,那就是并發(fā)。把這兩個(gè)字拆開了來看:并,理解為“一起并行“,有同時(shí)的意思;發(fā),理解為“發(fā)出調(diào)用”,也就是請求的意思。合起來就是多個(gè)用戶同時(shí)請求應(yīng)用服務(wù)器。如果說原來的系統(tǒng)面對的僅僅只是大數(shù)據(jù)量的話,那么現(xiàn)在就需要面對多用戶同時(shí)請求。如果還是按照上一個(gè)階段的架構(gòu)圖推導(dǎo),單個(gè)應(yīng)用服務(wù)器已經(jīng)無法滿足高并發(fā)的要求了。此時(shí),服務(wù)器集群就加入戰(zhàn)場了,其架構(gòu)圖如圖4所示。服務(wù)器集群也就是多臺服務(wù)器扎堆的意思,用更多的服務(wù)器來分擔(dān)單臺服務(wù)器的負(fù)載壓力,提高性能和可用性。再說白一點(diǎn),就是提高單位時(shí)間內(nèi)服務(wù)處理請求的數(shù)量。原來是一個(gè)服務(wù)器處理,現(xiàn)在是一堆服務(wù)器來處理。就好像銀行柜臺一樣,增加柜員的人數(shù)來服務(wù)更多的人。
圖4服務(wù)器集群的加入
這次架構(gòu)演進(jìn)與上次相比,增加了應(yīng)用服務(wù)器的個(gè)數(shù),用多臺應(yīng)用服務(wù)器形成集群。應(yīng)用服務(wù)器中所部署的應(yīng)用服務(wù)沒有改變,在用戶請求與服務(wù)器之間加入了負(fù)載均衡器,幫助用戶請求路由到對應(yīng)的服務(wù)器中。增加服務(wù)器的舉動表明,系統(tǒng)的瓶頸是在處理用戶并發(fā)請求上。針對數(shù)據(jù)庫和緩存都沒有做更改,這樣僅僅通過增加服務(wù)器數(shù)量就能夠緩解請求的壓力。服務(wù)器集群會通過多臺服務(wù)器來分擔(dān)原來一臺服務(wù)器需要處理的請求,在多臺服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行一套系統(tǒng),因此可以同時(shí)處理大量并發(fā)的用戶請求。有點(diǎn)三個(gè)臭皮匠頂個(gè)諸葛亮的意思,因此對集群中單個(gè)服務(wù)器的硬件要求也會降低。此時(shí)需要注意負(fù)載均衡均衡的算法,例如輪詢和加權(quán)輪詢。我們要保證用戶請求能夠均勻分布到服務(wù)器上面,同一個(gè)會話的請求保證在同一個(gè)服務(wù)器上面處理,針對不同服務(wù)器資源的優(yōu)劣動態(tài)調(diào)整流量。負(fù)載均衡器加入之后,由于其位于互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用服務(wù)器之間,負(fù)責(zé)用戶流量的接入,因此可以對用戶流量進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)對訪問用戶的身份和權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證。
加入緩存可以解決部分熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取,但緩存數(shù)據(jù)的容量有限,那些非熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)依舊會從數(shù)據(jù)庫中讀取。數(shù)據(jù)庫對于寫入和讀取的性能是不一樣的。在寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候,會造成鎖行或者鎖表,此時(shí)如果有其他寫入操作并發(fā)執(zhí)行,會存在排隊(duì)現(xiàn)象。而讀取操作比寫入操作更加快捷,并且可以通過索引、數(shù)據(jù)庫緩存等方式實(shí)現(xiàn)。因此,推出了數(shù)據(jù)庫讀寫分離的方案,其架構(gòu)圖如圖5所示。此時(shí)設(shè)置了主從數(shù)據(jù)庫,主庫(master)主要用來寫入數(shù)據(jù),然后通過同步binlog的方式,將更新的數(shù)據(jù)同步到從庫(slave)中。對于應(yīng)用服務(wù)器而言,在寫數(shù)據(jù)的時(shí)候只需要訪問主庫,在讀數(shù)據(jù)的時(shí)候只用訪問從庫就好了。
圖5 數(shù)據(jù)庫讀寫分離
利用數(shù)據(jù)庫讀寫分離的方式,將數(shù)據(jù)庫的讀/寫職責(zé)分離。利用讀數(shù)據(jù)效率較高的優(yōu)勢,擴(kuò)展更多的從庫,從而服務(wù)于讀取操作的用戶請求。畢竟在現(xiàn)實(shí)場景中,大多數(shù)操作都是讀取操作。此外,從數(shù)據(jù)同步技術(shù)的角度來說,又可以分為同步復(fù)制技術(shù)、異步復(fù)制技術(shù)和半同步復(fù)制技術(shù)。在數(shù)據(jù)庫讀寫分離帶來益處的同時(shí),架構(gòu)也需要考慮可靠性的問題。例如,主庫如果掛掉,從庫如何接替主庫進(jìn)行工作。主庫在恢復(fù)以后,是成為從庫還是繼續(xù)擔(dān)當(dāng)主庫,以及如何同步數(shù)據(jù)的問題。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及,人們對網(wǎng)絡(luò)安全和用戶體驗(yàn)的要求也越來越高。之前用戶都是通過客戶端直接訪問應(yīng)用服務(wù)器獲取服務(wù),應(yīng)用服務(wù)器會暴露在互聯(lián)網(wǎng)中,容易遭到***。如果在應(yīng)用服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)之間加上一個(gè)反向代理服務(wù)器,它接收用戶的請求,然后再轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)器,充當(dāng)外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)之間的緩沖。反向代理服務(wù)器只是做請求的轉(zhuǎn)發(fā),在它上面沒有運(yùn)行任何應(yīng)用,因此當(dāng)有人***它的時(shí)候,是不會影響到內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)器的。這無形中保護(hù)了應(yīng)用服務(wù)器,提高了安全性。同時(shí),它也在互聯(lián)網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)之間起到適配和網(wǎng)速轉(zhuǎn)換的作用。例如,應(yīng)用服務(wù)器需要服務(wù)公網(wǎng)和教育網(wǎng),但是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速不同,可以在應(yīng)用服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)之間放上兩臺反向代理服務(wù)器,一臺連接公網(wǎng),另一臺連接教育網(wǎng),屏蔽網(wǎng)絡(luò)差異,服務(wù)于更多的用戶群體。如圖6 公網(wǎng)客戶端和校園網(wǎng)客戶端分別來自公網(wǎng)與校園網(wǎng)兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò),由于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問速度不同,因此會針對兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置共網(wǎng)代理服務(wù)器和校園網(wǎng)代理服務(wù)器,通過這種方式將位于不通網(wǎng)絡(luò)的用戶請求接入到系統(tǒng)中。
圖6加入反向代理服務(wù)器
聊完反向代理,再來說說CDN,它的全稱是Content Delivery Network,也就是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。如果把互聯(lián)網(wǎng)想象成一張大網(wǎng)的話,每個(gè)服務(wù)器或者客戶端就是分布式在網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)之間的距離有遠(yuǎn)有近,用戶請求會從一個(gè)節(jié)點(diǎn)跳轉(zhuǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn),最終跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用服務(wù)器獲取信息。如果跳轉(zhuǎn)的次數(shù)越少,就能夠更快地獲取信息,因此可以在離客戶端近的節(jié)點(diǎn)存放信息。這樣用戶通過客戶端,只需要較少的跳轉(zhuǎn)次數(shù)就能夠觸達(dá)信息。由于這部分信息更新頻率不高,推薦存放一些靜態(tài)數(shù)據(jù),例如JavaScript文件、靜態(tài)的HTML、圖片文件等。這樣客戶端就可以從離自己最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲取資源,大大提高了用戶體驗(yàn)和傳輸效率。加入CDN后的架構(gòu)圖如圖7所示。
圖7 加入CDN
CDN的加入明顯加快了用戶訪問應(yīng)用服務(wù)器的速度,同時(shí)也減輕了應(yīng)用服務(wù)器的壓力,原來必須直接訪問應(yīng)用服務(wù)器的請求,不用經(jīng)過層層網(wǎng)絡(luò),而只用找到最近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就可以獲取資源。但從請求資源的角度上來看,這種方式也有局限性,它只能對靜態(tài)資源起作用,需要定時(shí)對CDN服務(wù)器進(jìn)行資源更新。反向代理和CDN的加入解決了安全性、可用性和高性能的問題。
經(jīng)歷前面幾個(gè)階段以后,軟件的系統(tǒng)架構(gòu)相對趨于穩(wěn)定。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加,數(shù)據(jù)庫中累積的數(shù)據(jù)越來越多,同時(shí)系統(tǒng)還會記錄一些過程數(shù)據(jù),例如操作數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)也會加重?cái)?shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)。即便數(shù)據(jù)庫設(shè)置了索引和緩存,但在海量數(shù)據(jù)查詢的時(shí)候還會捉襟見肘。如果說讀寫分離,是將數(shù)據(jù)庫從讀寫層面進(jìn)行資源分配,那么分布式數(shù)據(jù)庫就需要從業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)層面對資源進(jìn)行分配。
當(dāng)解決大數(shù)據(jù)量存儲問題以后,系統(tǒng)就能夠存儲更多的數(shù)據(jù),這意味著能夠處理更多的業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)量的增加,訪問數(shù)的上升,是任何一個(gè)軟件系統(tǒng)在任何時(shí)期都要面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。通過前面幾個(gè)階段的學(xué)習(xí),我們知道系統(tǒng)提升基本依靠空間換取時(shí)間,使用更多的資源和空間處理更多的用戶請求。隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜度越來越高,以及高并發(fā)的來臨,一些大廠開始將業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行切分,分開部署,此時(shí)的架構(gòu)圖如圖10所示。如果說前面的服務(wù)器集群模式是將同一個(gè)應(yīng)用復(fù)制到不同的服務(wù)器上,那么業(yè)務(wù)拆分就是將一個(gè)應(yīng)用拆成多個(gè)部署到不同的服務(wù)器中。此外,還可以對核心應(yīng)用進(jìn)行水平擴(kuò)展,將其部署到多臺服務(wù)器上。應(yīng)用雖然做了拆分,但應(yīng)用之間仍舊有關(guān)聯(lián),存在應(yīng)用之間的調(diào)用、通信和協(xié)調(diào)問題。由此也會引入隊(duì)列、服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)、消息中心等中間件,它們可以協(xié)助系統(tǒng)管理分布到不同服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用。
圖9業(yè)務(wù)拆分
業(yè)務(wù)拆分以后會形成一個(gè)個(gè)應(yīng)用服務(wù),既有基于業(yè)務(wù)的服務(wù),例如商品服務(wù)、訂單服務(wù),也有基礎(chǔ)服務(wù),例如消息推送和權(quán)限驗(yàn)證。這些應(yīng)用服務(wù)連同數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布在不同的容器、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中,對它們的通信、協(xié)調(diào)、管理和監(jiān)控都是我們需要解決的問題。
近幾年,微服務(wù)是比較火的架構(gòu)方式,它將業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行更加精細(xì)化的切割,使之成為更加小的業(yè)務(wù)模塊。做到模塊的高內(nèi)聚低耦合,每個(gè)模塊可以獨(dú)立存在,由獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)維護(hù)。每個(gè)模塊內(nèi)部可以采取特有的技術(shù),而不用關(guān)心其他模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。模塊通過容器的部署運(yùn)行,模塊之間通過接口和協(xié)議進(jìn)行調(diào)用。任何一個(gè)模塊都可以將自己公開給其他的模塊調(diào)用。同時(shí)可以將熱點(diǎn)模塊進(jìn)行水平擴(kuò)展,增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。當(dāng)其中某一個(gè)模塊出現(xiàn)問題時(shí),又可以由其他相同的模塊代替其工作,增強(qiáng)了可用性。
大致總結(jié)下來,微服務(wù)擁有以下特點(diǎn),業(yè)務(wù)精細(xì)化拆分、自治性、技術(shù)異構(gòu)性、高性能、高可用。它像極了分布式架構(gòu),下面來看看它們的區(qū)別,如圖10所示。
從概念上理解,它們都做了“拆”的動作,但在下面這幾個(gè)方面存在區(qū)別。
本文題目:軟件架構(gòu)階段變化的特點(diǎn)以及前后架構(gòu)更替的原因和關(guān)系
文章起源:http://aaarwkj.com/article44/ijhsee.html
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