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前语

每一个程序员都有一个架构师的梦，可理想很丰满，实际很骨感—大部程序员作业中都做着CRUD，但进取心与持续学习的心态还是要有的。把握架构规划的相关理论是成为架构师的条件。在看了一本《从零开端学架构》后，发现架构规划是有套路的。

这本书首要阐述了架构学习的办法论:

1. 清楚地了解架构规划相关的概念、实质、意图，防止架构师在实践进程中把握不住重点、分不清主次，眉毛胡子一把抓，导致架构规划变形或许“四不像” 。
2. 把握通用的架构规划准则，不管是何种事务或技能，架构师在判别和挑选的时分有一套办法论能够参阅，防止架构规划犹豫不定，或许拍脑袋式规划。
3. 把握标准的架构规划流程，即使是刚开端做架构规划的新手，也能够依照进程一步一步规划出适宜的架构，防止某些进程缺失导致过错的架构规划。
4. 深化了解已有的架构形式，做到能够依据架构特点快速挑选适宜的形式完结架构规划，或许在已有的形式上进行创新，或许将已有的形式组合出新的架构；

1. 概念和根底

1.1 架构根底

1.1 什么是架构

架构便是软件体系的结构，是顶层规划，它明晰软件体系包含哪些个别：子体系、模块和组件等；同时明晰了个别运作和个别之间协作的规矩。框架是面向编程或装备的半成品；组件是从技能维度上的复用；模块是从事务维度上职责的区分；体系是彼此协同可运行的实体。

1.1.2 架构规划的意图

做任何事情只要明晰了意图，才能把握方向，然后制定计划并履行，架构规划也不例外。架构规划的首要意图是为了处理软件体系复杂度带来的问题。小到办理体系大到淘宝、微信，在规划开发进程中，都需求进行架构规划。而由于软件体系之间的复杂度不同，架构规划难度也不一样，但基本流程都相似，把握了架构规划的流程，即使简略的对内的东西渠道也能玩出花儿来。

1.1.3 软件复杂度的来历

已然架构规划的首要意图是为了处理软件体系复杂度带来的问题，那么软件的复杂度首要是由什么引起的呢，明晰了复杂度的来历，也就明晰了架构规划要处理的问题。

复杂度首要包含高功用、高可用、易扩展、可伸缩、安全性和低成本六个来历，这六个问题覆盖了运用体系要处理的大部分问题。

1.2 架构规划准则

1.2.1 适宜准则

适宜的架构优于业界抢先的架构。真正优秀的架构都是在企业当时人力、条件、事务等各种束缚下规划出来的，能够合理地将资源整合在一起并发挥出最大成效，并且能够快速落地 。

1.2.2 简略准则

简略的架构优于复杂的架构。软件领域的复杂性体现在两方面：结构的复杂性、逻辑的复杂性。

1.2.3 演化准则

架构需求随着事务的发展而不断演化。关于修建来说，永久是主题：而关于软件来说，改动才是主题。软件架构规划类似于生物演化。

1.3 规划流程

重点说一下辨认复杂度与规划备选计划这两个进程。

1. 辨认复杂度

架构的复杂度来历虽然有六个，但首要复杂度来自于高功用、高可用和易扩展。在评论架构规划的时分咱们更多的是评论这三点，但架构并不一定任何时分都有必要满意这三个需求。依据软件体系的不同，大部分状况下只需求满意其间的一个到两个，很少能用到三个。

2. 规划备选计划

处理高功用、高可用和易扩展三个复杂度来历的成熟的技能计划有许多。比方：针对高功用的缓存、负载均衡、多路复用计划；针对高可用的主备、集群、异地多活计划；提高软件扩展性的规划形式、架构分层、插件化等计划。在明晰了软件体系的复杂度主因（大部分状况下，核心复杂度只要1到2个）以后就能够按图索骥的找到备选处理计划。

3. 备选计划360度环评

架构师需求对技能的细节和原理有较深化的了解 ， 防止成为 PPT架构师。经过分进程、分阶段 、 分体系等办法，尽量下降计划复杂度 。采纳规划团队的办法来进行规划，能够博采众长，聚集团队经历，削减思维和经历盲区

2. 高功用架构形式

高功用是架构规划复杂度来历之一，任何软件体系对高功用都有所要求，仅仅要求的标准不一样。对功用要求越高的软件体系架构规划越复杂，反之越简略。

高功用架构首要包含存储高功用与核算（服务）高功用两个方面。

2.1 存储高功用

对存储体系进行高功用规划的办法如下图所示。

• 联系数据库的高功用规划，首要的做法是读写分离、分库分表；

• 高功用NoSQL（Not only SQL），NoSQL不应该是联系型数据库的替代者，而应该是作为弥补者，由于NoSQL其实是献身了ACID中某一个乃至某几个特性来习惯大数据场景下的功用要求，在某些高保障场景下（如金融领域）其实是不适用的；

• 缓存，首要也是为了处理的联系行数据库中无能为力处理的问题，处理思路是，将数据取出来之后放到缓存服务器，削减对联系型数据库的拜访，缓存需求的注意的点是缓存穿透、缓存雪崩、缓存热门等问题；

2.2 核算高功用

高功用架构规划首要会集在两方面：尽量提高单服务器的功用，将单服务器的功用发挥到极致。假如单服务器无法支撑功用，规划服务器集群计划。除了这两点，终究体系能否完成高功用，还和详细的完成及编码相关。但架构规划是高功用的根底，假如架构规划没有做到高功用，则后面的详细完成和编码能提高的空间是有限的。形象地说，架构规划决议了体系功用的上限，完成细节决议了体系功用的下限。

核算（服务）高功用包含单机与集群两个方向，这两个方向的高功用计划别离如下图所示。

2.2.1 单服务器高功用

单服务器完成高功用的要害之一便是服务器采纳的并发模型，并发模型有两个要害规划点：

• 服务器怎么办理衔接
• 服务器怎么处理恳求

两个规划点终究都和操作体系的I/O模型及进程模型相关。

• I/O 模型：堵塞、非堵塞、同步、异步
• 进程模型：单进程、多进程、多线程

PPC和TPC形式的优点是完成简略，缺点是都无法支撑高并发的场景，尤其是互联网发展到现在，各种海量用户事务的呈现，PPC和TPC彻底无能为力。Reactor和Proactor形式是更好的应对高并发场景的单服务器形式。

详细可参阅：IO系列

2.2.2 集群高功用

集群完成高功用的复杂性首要体现在需求增加一个使命分配器（负载均衡器），以及为使命挑选一个适宜的使命分配算法。负载均衡体系包含 3 种：DNS 负载均衡、硬件负载均衡和软件负载均衡算法。

DNS 负载均衡用于完成地舆等级的负载均衡；硬件负载均衡用于完成集群等级的负载均衡；软件负载均衡用于完成机器等级的负载均衡。

整个体系的负载均衡分为三层：

1. 地舆等级负载均衡 ： www.xxx.com 部署在北京、广州、上海三个机房，当用户拜访时，DNS 会依据用户的地舆位置来决议回来哪个机房的 IP ，图中回来 了广州机房的 IP 地址，这样用户就拜访到广州机房了。
2. 集群等级负载均衡：广州机房的负载均衡用的是 FS 设备， FS 收到用户恳求后，进行集群等级的负载均衡，将用户恳求发给 3 个本地集群中的一个，咱们假设 FS 将用户恳求发给了“广州集群 2 ”。
3. 机器等级的负载均衡：广州集群 2 的负载均衡用的是 Nginx, Nginx 收到用户恳求后，将用户恳求发送给集群里面的某台服务器，服务器处理用户的事务恳求井回来事务呼应。

LVS+Nginx相关文章

3. 高可用架构形式

3.1 数据高可用

数据高可用分两部分，一是数据一致性，二是数据备份。

3.1.1 数据一致性(CAP+BASE+2PC+3PC)

BASE理论实质上是对CAP的延伸和弥补，更详细地说，是对CAP中AP计划的一个弥补。实际的分布式体系中，想完成完美的CAP底子不可能，也不需求这么严厉的CAP，BASE简直适用于一切场景，关于一些对数据一致性要求到达100%的场景（如金融领域），能够挑选CA，也便是单机。

刚性事务（如单机数据库事务）彻底遵循ACID标准。柔性事务（如分布式事务）为了满意可用性、功用与降级服务的需求，下降一致性（Consistency）与阻隔性（Isolation）的要求，遵循 BASE理论，传统的ACID事务对阻隔性的要求非常高，在事务履行进程中，有必要将一切的资源方针确认，因而对并发事务的履行极度不友好，柔性事务（比方分布式事务）的理念则是将锁资源方针操作从本地资源方针层面上移至事务逻辑层面，再经过放宽对强一致性要求，以交换体系吞吐量的提高。

参阅Zookeeper理论篇

3.1.2 存储高可用（数据备份）

存储高可用计划的实质都是经过将数据仿制到多个存储设备，经过数据冗余的办法来完成高可用，其复杂性首要体现在怎么应对仿制推迟和中断导致的数据不一致问题。处理计划大致分成双机架构和集群架构，但这两者并不是互斥的，能够彼此包含，例如OceanBase作为分布式联系型数据库，总体上采用的是数据分散集群，单一数据库节点又采用了一主多从冗余的架构。

在CAP理论提出十二年之后，其作者又出来辟谣。“三选二”的公式一直存在着误导性，它会过分简略化各性质之间的彼此联系。首要，由于分区很少发生，那么在体系不存在分区的状况下没什么理由献身C或A。其次，C与A之间的取舍能够在同一体系内以非常细小的粒度反复发生，而每一次的决议计划可能由于详细的操作，乃至由于牵涉到特定的数据或用户而有所不同。最终，这三种性质都能够在程度上衡量，并不对错黑即白的有或无。可用性显然是在0%到100%之间接连改动的，一致性分许多等级，连分区也能够细分为不同意义，如体系内的不同部分关于是否存在分区能够有不一样的认知。所以一致性和可用性并不是冰炭不洽，非此即彼的。Paxos、Raft等分布式一致性算法便是在一致性和可用性之间做到了很好的平衡的见证。

OceanBase的redolog是运用分布式一致性算法Paxos完成的，每一笔事务，主库履行完结后，要同步到对折以上库（包含主库本身），例如3个库中的2个库，或许5个库中的3个库，事务才成功，这样少数库反常后事务并不受影响。所以在CAP理论中，虽然OceanBase运用的是强一致模型，可是OceanBase能在一定网络分区的状况下做到极高的可用性（浅显点讲便是多于对折的机器还活着的时分就能干活），虽然挑选了C与P，但A也能做到5个9。

3.2 核算高可用

核算高可用的首要规划方针是当呈现部分硬件损坏时，核算使命能够继续正常运行。因而核算高可用的实质是经过冗余来规避部分毛病的危险。

• 主备
  • 热备，冷备，温备
• 主从
• 对称集群(负载均衡集群)
• 非对称集群

3.3 事务高可用

事务及服务高可用的规划办法如下图所示:

事务高可用的一般做法是做异地多活，难点是异地形式会由于物理推迟发生数据不一致问题，常见的形式有：同城异地、跨城异地和跨国异地。

接口服务高可用计划首要有以下4种：

• 降级：将事务或许接口功用下降，只提供部分功用或许彻底停掉一切功用。常见完成降级办法有体系后门降级和独立体系降级。
• 限流：降级是毛病后的事后处理，而限流是毛病前的防备。限流是指只允许能够接受的拜访量进来，超出体系体系-拜访才能的将被放弃。常用的限流办法能够分为分类依据恳求限流和依据资源限流。
• 排队：是流量约束的一个变种，限流是直接回绝用户，排队是让用户等待一段时间。
• 服务熔断：熔断与降级概念非常简略混淆，降级是为了应对服务本身的毛病。熔断的意图是为了应对外部体系毛病的状况：自动断开依靠的其他外部的不可用服务，防止造成更多的雪崩效应。

4. 可扩展架构形式

这个世界唯一不变的是变，与修建架构不同，软件体系架构是一个不断演变的进程。假如软件体系从一开端没做好软件架构，遇到每次大的改动都需求重构，将是不能接受的。

可扩展性架构规划办法有许多，但万变不离其宗，一切的可扩展架构的背后基本思想都能够总结为一个字：“拆”。能够面向流程拆分，面向服务拆分，面向功用拆分（这三种拆分办法其实也不是互斥的，而能够彼此借用）。

其间可扩展架构大致分成三种类型：分层架构与SOA、微服务、微内核。

4.1 传统的可扩展架构形式——分层与SOA

不管采纳何种分层维度，分层架构规划最核心的一点便是需求确保各层之间的差异满足明晰，边界满足显着，让人看到架构图后就能看懂整个架构，这也是分层不能分太多层的原因。不然假如两个层的差异不显着，就会呈现程序员小明以为某个功用应该放在A层，而程序员老王却以为相同的功用应该放在B层，这样会导致分层混乱。

分层架构之所以能够较好地支撑体系扩展，实质在于阻隔重视点，即每个层中的组件只会处理本层的逻辑。分层结构的别的一个特点便是层层传递，也便是说一旦分层确认，整个事务流程是依照层进行依次传递的，不能在层之间进行跳跃。最简略的C/S结构，用户有必要先运用C 层，然后C层再传递到S层，用户是不能直接拜访S层的。

4.2 微服务

微服务与SOA都是重视服务，可是这两者服务粒度不同，架构规划也不同，SOA是为了兼容企业中存在好久的体系，而微服务是为了习惯互联网体系开发。微服务需求配套的根底设施支持，这些根底设施包含自动化测验、自动化部署、装备中心、服务发现、服务路由、监控、容错、服务安全等，只要把这些根底设施都做好了才能很好的实践微服务。

微服务需求防止踩的圈套，简略提炼为：

• 微服务拆分过细，过分强调“small”，造成服务数量很多，复杂度反而上升
• 微服务根底设施不健全，忽略了“automated”
• 微服务并不轻量级，规模大了后，“lightweight”不再习惯

4.3 微内核——插件化架构

微内核是一种插件化架构，要害点是插件办理、插件衔接、插件通讯，常见的微内核结构：OGSI架构、规矩引擎架构，微内核架构基本示意图如下。

上图中核心体系Core System功用比较稳定，不会由于事务功用扩展而不断修改，插件模块能够依据事务功用的需求不断地扩展。微内核的架构实质便是将改动部分封装在插件里面，然后到达快速灵敏扩展的意图，而又不影响全体体系的稳定。微内核的核心体系规划的要害技能有：插件办理、插件衔接和插件通讯。常见的插件衔接机制有OSGi（Eclipse 运用）、音讯形式、依靠注入（Spring运用），乃至运用分布式的协议都是能够的，比方RPC或许HTTP Web的办法。

最受欢迎的开源联系型数据库MySQL便是采用插件化架构，最典型的便是存储引擎模块，插件式架构使存储引擎的加载、卸载与server层解耦。

最典型的完成便是 Dubbo, 有爱好的同学能够参见：Dubbo3内核篇

5. 架构实战

5.1 架构重构

有的办法

架构师的首要使命是从一大堆纷繁复杂的问题中辨认出真正要经过架构重构来处理的问题，会集力量快速处理，而不是想着经过架构重构来处理一切的问题

合纵连横

• 合纵：
  • 架构重构是大动作，持续时间比较长，并且会占用一定的研制资源，包含开发和测验，因而不可防止地会影响事务功用的开发。因而，要想真正推进一个架构重构项目启动 ，需求花费很多的精力进行游说和交流。
  • 在交流和谐时，将技能言语转换为浅显言语，以现实说话，以数据说话，是交流的要害 ！
• 连横：
  • 除了以上评论的和上下游交流和谐，有的重构还需求和其他相关或合作的体系的交流和谐
  • 效的战略是“换位考虑、合作双赢、重视长期飞简略来说便是站在对方的视点考虑，重构对他有什么好处，能够帮他处理什么问题，带来什么收益。
  • 除了计划灵敏一点，计划也能够灵敏一点 ： 咱们能够先不做这个体系相关的重构，先把其他需求重构的做完。由于大部分需求重构的体系，需求做的事情许多，分阶段处理，在危险规避、计划安排等方面愈加灵敏可控。

运筹帷幄

真正的架构重构在第三阶段，第一阶段和第二阶段都是为了第三阶段做准备而己，但假如没有第一阶段和第二阶段的衬托， 直接开端第三阶段的架构重构作业，架构重构计划需求耦合第一阶段和第二阶段的一些事项（例如，事务降级、接入服务中心等〉，会导致架构重构计划不聚集，并且反常复杂。首要还是为了会集有限的资源，某个阶段会集处理某一类问题

• 区分优先级
• 问题分类
• 先易后难

项目办理+技能才能(文武双全)

真正的架构师，当然有必要具有一定的项目经理技能，但更重要的还是技能才能，道理很简略 ： 再好的饼，最终完成不了，都是空谈！“项目办理才能”是“文”的才能，“技能才能”是“武”的才能，架构师有必要文武双全，才能终究处理 问题！

5.2 开源体系

选，怎么挑选一个开源项目

• 聚集是否满意当时事务
• 聚集是否成熟
• 聚集运维才能

用，怎么运用开源计划

• 深化研究，仔细测验
• 当心运用，灰度发布
• 做好应急，以防万一

改，怎么依据开源项目二次开发

• 保持纯洁，加以包装
• 发明你要的轮子

参阅文档

从零开端学架构-照着做，你也能成为架构师