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架构设计(1)

 hkls0003 2018-07-07

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1、什么是架构和架构本质

     在软件行业,对于什么是架构,都有很多的争论,每个人都有自己的理解。   此君说的架构和彼君理解的架构未必是一回事。

     我们主要针对互联网服server系统(类似网站)来定义架构:架构是系统的骨架,支撑和链接各个部分,包括组件、连接件、约束规范,以及指导这些内容设计与演化的原理。

     组件:类似应用服务,独立模块、数据库、nginx等等)、
     连接件:分布式调用、进程间调用、调用使用http协议还是tcp协议、组件之间的交互关系、
     约束规范:     架构是系统的骨架,支撑和链接各个部分,包括组件、连接件、约束规范。

     

    即架构=组件+交互。

    这类似建筑设计规划,城市总体规划等,其实就是架构,只是应用的场景不同。

    架构的本质就是对系统进行有序化地重构以致符合当前业务的发展,并可以快速扩展。

那什么样的系统要考虑做架构设计?

    1. 需求相对复杂.

     2. 非功能性需求在整个系统占据重要位置.

     3. 系统生命周期长,有扩展性需求.

     4.系统基于组件或者集成的需要.

     5.业务流程再造的需要.


2、架构分类

     架构可细分为业务架构、应用架构、技术架构, 代码架构, 部署架构,.

     

      业务架构是战略,应用架构是战术,技术架构是装备。其中应用架构承上启下,一方面承接业务架构的落地,另一方面影响技术选型。

      熟悉业务,形成业务架构,根据业务架构,做出相应的应用架构,最后技术架构落地实施。

      如何针对当前需求,选择合适的应用架构,如何面向未来,保证架构平滑过渡,这个是软件开发者,特别是架构师,都需要深入思考的问题。

一、业务架构(俯视架构):

      包括业务规划,业务模块、业务流程,对整个系统的业务进行拆分,对领域模型进行设计,把现实的业务转化成抽象对象。

      看看京东业务架构(网上分享图):

       

     

二、应用架构(剖面架构,也叫逻辑架构图):

硬件到应用的抽象,包括抽象层和编程接口。应用架构和业务架构是相辅相成的关系。业务架构的每一部分都有应用架构。

类似:


应用架构:应用作为独立可部署的单元,为系统划分了明确的边界,深刻影响系统功能组织、代码开发、部署和运维等各方面. 应用架构定义系统有哪些应用、以及应用之间如何分工和合作。这里所谓应用就是各个逻辑模块或者子系统。

应用架构图关键有2点:

1、职责划分:   明确应用(各个逻辑模块或者子系统)边界
   1)逻辑分层
   2)子系统、模块定义。
   3)关键类。
2、职责之间的协作:
   1)接口协议:应用对外输出的接口。
   2)协作关系:应用之间的调用关系。

    应用分层有两种方式:

    一种是水平分(横向),按照功能处理顺序划分应用,比如把系统分为web前端/中间服务/后台任务,这是面向业务深度的划分。

    另一种是垂直分(纵向),按照不同的业务类型划分应用,比如进销存系统可以划分为三个独立的应用,这是面向业务广度的划分。

     应用的合反映应用之间如何协作,共同完成复杂的业务case,主要体现在应用之间的通讯机制和数据格式,通讯机制可以是同步调用/异步消息/共享DB访问等,数据格式可以是文本/XML/JSON/二进制等。

     应用的分偏向于业务,反映业务架构,应用的合偏向于技术,影响技术架构。分降低了业务复杂度,系统更有序,合增加了技术复杂度,系统更无序。

     应用架构的本质是通过系统拆分,平衡业务和技术复杂性,保证系统形散神不散。

     系统采用什么样的应用架构,受业务复杂性影响,包括企业发展阶段和业务特点;同时受技术复杂性影响,包括IT技术发展阶段和内部技术人员水平。业务复杂性(包括业务量大)必然带来技术复杂性,应用架构目标是解决业务复杂性的同时,避免技术太复杂,确保业务架构落地。

三、代码架构(也叫开发架构):

子系统代码架构主要为开发人员提供切实可行的指导,如果代码架构设计不足,就会造成影响全局的架构设计。比如公司内不同的开发团队使用不同的技术栈或者组件,结果公司整体架构设计就会失控。

代码架构主要定义:

一、代码单元:
        1、配置设计
2、框架、类库。
二、代码单元组织:
    1、编码规范,编码的惯例。
2、项目模块划分
3、顶层文件结构设计,比如mvc设计。
4、依赖关系

四、技术架构:

     技术架构:确定组成应用系统的实际运行组件(lvs,nginx,tomcat,php-fpm等),这些运行组件之间的关系,以及部署到硬件的策略。

    


五、部署拓扑架构图(实际物理架构图):

      拓扑架构,包括架构部署了几个节点,节点之间的关系,服务器的高可用,网路接口和协议等,决定了应用如何运行,运行的性能,可维护性,可扩展性,是所有架构的基础。这个图主要是运维工程师主要关注的对象。





3、应用架构

    架构演进路程:

   ->初始阶段:LAMP,部署在一台服务器

   ->应用服务器和数据服务器分离

   ->使用缓存改善性能

   ->使用集群改善并发

   ->数据库地读写分离

   ->使用反向代理和cdn加速

   ->使用分布式文件和分布式数据库

   ->业务拆分

   ->分布式服务

    

     业务架构是生产力,应用架构是生产关系,技术架构是生产工具。业务架构决定应用架构,应用架构需要适配业务架构,并随着业务架构不断进化,同时应用架构依托技术架构最终落地。

      企业一开始业务比较简单,比如进销存,此时面向内部用户,提供简单的信息管理系统(MIS),支持数据增删改查即可,单体应用可以满足要求。

      随着业务深入,进销存每块业务都变复杂,同时新增客户关系管理,以更好支持营销,业务的深度和广度都增加,这时需要对系统按照业务拆分,变成一个分布式系统。

     更进一步,企业转向互联网+战略,拓展在线交易,线上系统和内部系统业务类似,没必要重做一套,此时把内部系统的逻辑做服务化改造,同时供线上线下系统使用,变成一个简单的SOA架构。

      紧接着业务模式越来越复杂,订单、商品、库存、价格每块玩法都很深入,比如价格区分会员等级,访问渠道(无线还是PC),销售方式(团购还是普通)等,还有大量的价格促销,这些规则很复杂,容易相互冲突,需要把分散到各个业务的价格逻辑进行统一管理,以基础价格服务的方式透明地提供给上层应用,变成一个微内核的SOA架构。

      同时不管是企业内部用户,还是外部顾客所需要的功能,都由很多细分的应用提供支持,需要提供portal,集成相关应用,为不同用户提供统一视图,顶层变成一个AOA的架构(application orientated architecture)。

4、架构知识体系

架构演进
  • 初始阶段:LAMP,部署在一台服务器
  • 应用服务器和数据服务器分离
  • 使用缓存改善性能
  • 使用集群改善并发
  • 数据库地读写分离
  • 使用反向代理和cdn加速
  • 使用分布式文件和分布式数据库
  • 业务拆分
  • 分布式服务
架构模式
  • 分层:横向分层:应用层,服务层,数据层
  • 分割:纵向分割:拆分功能和服务
  • 分布式
    • 分布式应用和服务
    • 分布式静态资源
    • 分布式数据和存储
    • 分布式计算
  • 集群:提高并发和可用性
  • 缓存:优化系统性能
    • cdn
    • 方向代理访问资源
    • 本地缓存
    • 分布式缓存
  • 异步:降低系统的耦合性 
    • 提供系统的可用性
    • 加快响应速度
  • 冗余:冷备和热备,保证系统的可用性
  • 自动化:发布,测试,部署,监控,报警,失效转移,故障恢复
  • 安全:
架构核心要素
  • 高性能:网站的灵魂
    • 性能测试
    • 前端优化
    • 应用优化
    • 数据库优化
  • 可用性:保证服务器不宕机,一般通过冗余部署备份服务器来完成
    • 负载均衡
    • 数据备份
    • 自动发布
    • 灰度发布
    • 监控报警
  • 伸缩性:建集群,是否快速应对大规模增长的流量,容易添加新的机器
    • 集群
    • 负载均衡
    • 缓存负载均衡
  • 可扩展性:主要关注功能需求,应对业务的扩展,快速响应业务的变化。是否做法开闭原则,系统耦合依赖
    • 分布式消息
    • 服务化
  • 安全性:网站的各种攻击,各种漏洞是否堵住,架构是否可以做到限流作用,防止ddos攻击。
    • xss攻击
    • sql注入
    • csr攻击
    • web防火墙漏洞
    • 安全漏洞
    • ssl


5、架构书籍推荐

 1. 《大型网站技术架构:核心原理与案例分析》

这是比较早,比较系统介绍大型网站技术架构的书,通俗易懂又充满智慧,即便你之前完全没接触过网站开发,通读前几章,也能快速获取到常见的网站技术架构及其应用场景。非常赞。

 2. 《亿级流量网站架构核心技术》

相比《大型网站技术架构》的高屋建瓴,开涛的这本《亿级流量网站架构核心技术》则落实到细节,网站架构中常见的各种技术,比如缓存、队列、线程池、代理……,统统都讲到了,而且配有核心代码。甚至连 Nginx 的配置都有!

如果你想在实现大流量网站时找参考技术和代码,这本书最合适啦。

3. 《架构即未来》

这是一本“神书”啦,超越具体技术层面,着重剖析架构问题的根源,帮助我们弄清楚应该以何种方式管理、领导、组织和配置团队。

4. 《分布式服务架构:原理、设计与实战》

这本书全面介绍了分布式服务架构的原理与设计,并结合作者在实施微服务架构过程中的实践经验,总结了保障线上服务健康、可靠的最佳方案,是一本架构级、实战型的重量级著作。

5. 《聊聊架构》

这算是架构方面的一本神书了,从架构的原初谈起,从业务的拆分谈起,谈到架构的目的,架构师的角色,架构师如何将架构落地……强烈推荐。

不过,对于没有架构实践经验的小伙伴来讲,可能会觉得这本书比较虚,概念多,实战少。但如果你有过一两个项目的架构经验,就会深深认同书中追本溯源探讨的架构理念。

6. 《软件架构师的12项修炼》

大多数时候所谓的“技术之玻璃天花板”其实只是缺乏软技能而已。这些技能可以学到,缺乏的知识可以通过决定改变的努力来弥补。


总结参考:

《大型网站技术架构》、《软件架构师设计》

http://www./blog/2017/08/24/arch/

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MDE0Mjc4MA==&mid=2650992472&idx=1&sn=ab1234fff936fda3e5cf1f6780cb733d&mpshare=1&scene=23&srcid=1017To1tEophZ2h3McPAESCO##

总结参考:

《大型网站技术架构》


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