架构师训练营第 4 周学习总结

4.1 系统架构：系统技术挑战与方案

• 互联网架构面临的挑战：

• 高并发，大流量

• 高可用

• 海量数据

• 用户分布广泛，网络情况复杂

• 安全环境恶劣

• 需求快速变更，发布频繁

• 渐进式发展

• 应对高并发挑战：

• 垂直伸缩：增强单一服务器的功能。通过升级硬件和网络吞吐能力可以实现垂直伸缩。

• 成本和花费

• 物理和操作系统及应用程序的限制

• 水平伸缩：通过增加服务器提升计算能力

• 应对互联网系统的渐进式发展的要求

• 分布式技术的关键技术方案

4.2 分布式架构演化

• 互联网架构演化

• 0：最简单的互联网应用架构 - 单一应用服务器（应用程序，文件系统，数据库）

• 1：应用和数据分离 - 应用程序，文件系统，数据库部署在三台服务器

• 2：使用缓存改善系统性能 - 本地缓存和远程分布式缓存

• 3：使用应用服务器集群改善系统的并发处理能力 - 通过负载均衡调度服务器将请求分发给不同的应用服务器

• 4：数据库读写分离 - 使用主从分离的方式，设置主服务器和从服务器

• 5：使用反向代理和CDN加速网站响应 - CDN是指内容分发网络，是部署在网络运营服务商机房里的服务器。反向代理服务器主要承担缓存的职责

• 6：使用分布式文件系统和分布式数据库系统

• 7：使用NoSQL和搜索引擎 - 提高数据的存储能力和查询速度

• 8：业务拆分 - 可以通过异步的消息队列通信

• 9：微服务及中台化 - 关键的公用服务由微服务来提供

• 10：大数据与智能化

4.3 架构模式与要素

• 架构模式

互联网架构模式就是试图去描述那些为解决互联网系统高性能、高可用、易扩展、可伸

缩、安全等目标，被很多互联网应用重复使用的一些解决方案，这些解决方案是互联网

软件系统的重要组成部分。

• 分层

• 视图层，应用层，服务层，基础设施层，存储层

• 不同的层次部署在不同的服务器集群上，实现一个分布式的分层架构。

• 分割

• 分割是在纵向方面对软件进行切分

• 分割以后的功能模块也部署在不同的服务器上

• 分布式

• 分布式意味着解决同样的问题，可以使用更多的计算机。计算机越多，CPU，内存，存储资源也越多。能够处理的并发访问和数据量也越来越大。

• 集群

• 多台服务器部署成相同的应用，构成一个集群，通过负载均衡，共同对外提供服务。

• 集群是将相同功能的多台服务器构成一个集群。这个集群里每一台服务器承担的职责是一样的。

• 缓存

• CDN

• 反向代理

• 本地缓存

• 远程缓存

• 异步

• 将一个业务操作分成多个阶段，每个阶段通过共享数据而不是直接调用的方式进行操作。

• 主要的手段就是消息队列。一个应用当作消息的生产者，将数据通过消息发送给消息队列。而另一个应用当作消息的消费者，从消息队列中获取数据，去消费消息。

• 没有直接调用，没有耦合，通过共享数据，完成依赖调用，完成业务处理流程。

• 通过异步的方式，可以提高系统的可用性，加快网站的响应速度。当访问并发高峰的时候，系统处理不过来，消息就会缓存(Buffer)在消息队列里，不会立即处理，缓解了高并发的压力。

• 冗余

• 应用部署在多台服务器上，一台服务器宕机了，其他可以提供服务。

• 数据备份在多台服务器上，一台硬盘损坏了，数据丢失了，其他还有备份。

• 自动化

• 一切都可以自动化，是互联网应用的理想状态。

• 主要应用在运维方面，自动监控，自动部署，自动剔除问题服务器，自动做集群扩容。

• 安全

• 身份识别，验证

• 网络通讯加密

• 敏感数据加密

• 防止XSS，SQL注入

• 垃圾信息过滤



• 互联网系统架构核心要素

• 高性能

• 用户无法忍受一个响应缓慢的应用。

• 性能指标有很多种，TPS响应时间，并发数，性能计数器等。

• 系统性能优化是互联网系统设计的一个关键点。

• 高并发访问必然导致系统资源不足，需要优化系统性能，提升系统在高并发情况下的响应特性。

• 高可用

• 系统高可用的主要手段是冗余

• 对于互联网应用，高可用是一个硬指标，也就是缓冲余地比较低的指标。

• 可伸缩

• 是否容易向集群添加服务器

• 是否提供无差别的服务

• 分布式关系数据库做伸缩比较困难，成本较大。NoSQL伸缩性更友好。

• 可扩展

• 关注的是功能性需求

• 主要手段是事件驱动架构和分布式微服务

• 安全

• 互联网架构技术一览

• 前端架构

• 网关及应用层架构

• 服务层架构

• 存储层架构

• 后台架构

• 运维与安全