架构师训练营第四周总结：互联网架构概要

互联网系统遇到的问题：



1. 高并发，大流量：要面对高并发的用户，大流量的访问

2. 高可用：系统需要提供7*24小说不间断的服务

3. 海量数据：需要存储，管理海量数据

4. 用户分布广泛，网络情况复杂：用户可能分布在全球的各个地方，网络情况复杂千差万别

5. 安全环境恶劣：由于互联网的开放性，使其更容易受到攻击，大型网站几乎每天都会遇到黑客的攻击

6. 需求快速变更，发布频繁：互联网产品为了快速适应市场，满足用户需求，产品发布快。大型网站发布以周为单位，中小型网站一天可能发布几十次

7. 渐进式发展：几乎所有的大型网站都是从小网站开始发展的。随着业务的快速发展，规模的变大。网站的架构也要随之进行不断的进行演化调整，以适应需求



为了应对互联网系统遇到的问题，互联网系统的架构设计要达到的目标：



1. 高性能：一个打开缓慢的应用会导致严重的用户流失。任何架构设计必须考虑性能问题。影响用户请求的所有环节，都可用进行性能优化。

2. 高可用：当服务器出现硬件故障时，服务依然可用。保证系统高可用的主要手段是冗余。任何一台服务器出现问题时都不会影响应用整体可用，也不会导致数据丢失。数据备份是保证服务高可用的一种常见手段。

3. 可伸缩：是否可以用多台服务器构建集群，是否容易向集群中添加新的服务器，新的服务器能否提供和原来服务器无差别的服务，集群的服务器的数量是否有限制。这些问题是衡量系统是否具备可伸缩性的标准。

4. 可扩展：可扩展性关注的是系统功能性的需求。在增加新的功能时，是否能实现对原有功能透明无影响，不需要修改或者少量修改原来代码就能够添加新的代码实现功能。可以理解为设计原则中的开闭原则在架构中的应用。

5. 安全：系统的安全架构可以保护系统不受恶意访问和攻击的影响，保护网站的重要数据不受窃取，针对现有和潜在的攻击窃密手段，有可靠的应对策略。



为了达到互联网架构设计的目标，架构模式采用的解决方案有：



1. 分层：将系统在横向维度上切分成几个部分，每个部分负责单一职责，通过上层对下层的依赖和调用组成一个完整的系统

2. 分割：在纵向方面对软件进行切分，将这些不同的功能和服务分割开来，包装成高内聚低耦合的模块。一方面有助于软件的开发和维护；另一方面，便于不同模块的分布式部署，提高网站的并发处理能力和功能扩展能力。

3. 分布式：分层和分割的一个主要目的就是为了切分后的模块便于分布式部署，即将不同的模块部署在不同的服务器上，通过远程调用协同工作。分布式意味着解决同样的问题可以使用更多的计算机。

4. 集群：多台服务器部署相同的应用构成一个集群，通过负载均衡设备共同对外提供服务。

5. 缓存：缓存就是将数据放在距离计算最近的位置以加快处理速度。缓存是改善软件性能的第一手段。缓存的种类有：CDN,反向代理，本地缓存，远程缓存。

6. 异步：将一个业务操作分为多个阶段，每个阶段之间通过共享数据而不是直接调用的方法进行协作。

7. 冗余：要想保证在服务器故障的情况下网站仍然可以继续服务，数据不丢失，就需要一定程度的服务器冗余运行，数据冗余备份。

8. 自动话：在无人值守的情况下网站可以正常运行，出现常见问题时，可以自动处理。目前互联网的自动化架构设计主要集中在运维方面。serverless技术就是为了解决运维自动化的问题而产生的。

9. 安全：对转账等重要操作进行风险控制；对网络通信进行加密；使用验证码，手机效验码进行身份认证；防止XSS攻击，SQL注入。随着业务技术的发展，业界在安全架构方面也积累了许多模式。



随着互联网的发展，互联网架构也在不断演化，可以分为这些阶段：



第0阶段：最简单的互联网应用架构。应用程序，文件和数据库都放在一台服务器上。

第1阶段：应用和数据分离。应用程序和文件，数据库分别放在不同的服务器上，应用程序远程调用文件和数据库。

第2阶段：使用缓存改善系统性能。应用程序通过调用本地缓存和远程分布式缓存来提高性能。

第3阶段：使用应用服务器集群改善系统的并发处理能力。通过负载均衡来调用应用服务器集群，提高服务的可用性和性能。

第4阶段：数据库读写分离。将数据库分为主数据库和从数据库，分开放在两台机器上。主数据库负责写操作，从数据库负责读操作。从数据库和主数据库之间通过主从复制进行同步。

第5阶段：使用反向代理和CDN加速网站响应。在负载均衡调度服务器之前增加CDN服务器和反向代理服务器，缓存图片等静态资源，提高网站访问速度，优化服务性能。

第6阶段：使用分布式文件系统和分布式数据库系统。将文件系统和数据库系统做成集群，提高文件和数据库的可用性。

第7阶段：使用NoSQL和搜索引擎。使用NoSQL和搜索引擎优化数据查询效率，提高性能。

第8阶段：业务拆分。在业务层面对架构进行重构解耦。

第9阶段：微服务和中台化。通过中台提供业务复用的能力，便于快速开发新业务。

第10阶段：大数据和人工智能。用大数据和人工智能提供或增强业务能力，典型的案例有今日头条的头条推送，淘宝的猜你喜欢等功能。



在进行架构升级时不一定要按照顺序来进行，可以根据实际情况进行组合运用。



应对高并发的两个技术方向：垂直伸缩和水平伸缩。

垂直伸缩：通过升级硬件和网络吞吐能力可以实现垂直伸缩。这种情况不需要改变应用架构，比较简单。但是有物理极限，到达某个程序时在进行垂直伸缩需要更多的花费。

水平伸缩：是指通过增加服务器提升计算能力的一类架构方法。水平伸缩总是可以增加更多的服务器。这样，就不会像垂直伸缩那样遇到单台服务器的极限。

水平伸缩优点更多，是解决伸缩性问题的圣杯。但是垂直伸缩在适当的场景下使用，也可以起到好的效果。