秒杀系统架构
作者：Damon
程序猿 Damon | 微服务 | 容器化 | 自动化
架构设计方法
架构设计都有哪些方法呢？架构设计遵循特定的方法，比如 TOGAF（The Open Group Architecture Framework，开放组体系结构框架）、五视图方法等。其中 TOGAF 主要针对复杂的企业系统架构，比较重，不大适合迭代速度非常快的互联网产品，所以互联网公司常用的主要是五视图方法。
什么叫五视图方法？它是指从业务逻辑、开发环境、运行状态、物理部署、数据关系等方面绘制出相应的逻辑视图、开发视图、运行视图、物理视图、数据视图来设计架构。 其中，逻辑视图、开发视图、运行视图属于软件架构的内容，物理视图、数据视图属于系统架构的内容。
逻辑视图：对应逻辑架构，主要关注功能需求，以及系统职责和行为的划分。逻辑视图不仅包括用户可见的功能，还包括相应的辅助功能。比如秒杀系统中的活动场次切换、商品列表、用户登录、活动管理、后台权限等功能，其中后台权限属于辅助功能。
开发视图：对应开发架构，主要关注系统开发过程中的质量属性。它包括软件源码的组织方式、配置方式、编译打包方式以及与第三方包的依赖关系等。
比如，我们这里介绍的秒杀系统，采用的是 Go 语言开发代码，使用的是 TOML 格式存放配置，还有 Gitlab 执行编译打包等。
运行视图：对应运行架构，主要关注软件运行过程中的质量属性，它包括进程、线程、协程、对象之间的并发、同步、通信的问题等。
比如，秒杀系统在运行时有用于从队列消费数据的协程，有用于过滤请求并将有效请求写入队列的协程，这就需要好的设计来解决它们之间并发、同步、通信的问题。
以上是五视图法中软件架构方面的内容，接下来咱们看另外的两个，属于系统架构方面的内容。
物理视图：对应物理架构，主要关注安装和部署需求。它包括软件运行时的系统、网络、服务器等基础设施和相关配置，以及如何利用基础设施来实现应用程序的高可用、可伸缩等。
比如秒杀系统使用云厂商的 SLB（Server Load Balancer，负载均衡器）来提供负载均衡能力，使用云厂商的多可用区来实现高可用。
数据视图：对应数据架构，主要关注数据需求，它包括数据的格式、属性、关系等。
比如，秒杀系统中活动场次与活动主题、活动商品的关系和属性，管理员可以通过管理后台创建、修改和删除活动主题、场次、商品等。
为什么软件架构设计需要这些视图呢？它们是为了解决什么问题呢？
俗话说“一图抵千字”，架构设计中的五视图就好比建筑工程中大楼的各部分施工图，可以让我们更容易理解各自需要完成的工作。
比如，研发人员一看逻辑视图、开发视图、运行视图、数据视图，就知道要开发哪些功能、如何实现、如何部署；运维人员一看物理视图，就知道基础设施需要怎么部署；测试人员一看数据视图，就明白如何通过一系列的操作来验证数据的准确性。
秒杀系统架构设计
前面我们介绍了架构设计的方法，以及为何要做架构设计。那么秒杀的系统架构该如何设计呢？
接下来我就用刚才提到的五视图方法来介绍下。
逻辑架构
从前面的定义我们了解到，逻辑架构关注的是功能需求。还记得我在模块一里面提到的小米网秒杀系统的那些功能需求吗？当时介绍了秒杀系统的前端、后端及管理后台的需求分析，比如活动信息管理、活动详情、商品详情等，这些需求分析结果就是为了设计逻辑架构。
系统前端、后端和管理后台的需求有那么多，我们该怎样组织那些需求信息呢？在逻辑架构中有一个“三层架构”法可以帮我们解决这个问题。哪三层呢？它们是表现层、业务逻辑层、数据层。
表现层
所谓表现层，简单来说是指用户可以通过哪些方式使用系统功能。通过需求分析我们了解到小米网秒杀系统的主要使用者有：消费者、管理员。其中消费者可以通过电脑 Web 端、手机 Web 端、手机 App 端获取秒杀的活动信息、商品信息；管理员可以从电脑 Web 端访问管理后台管理秒杀活动。
这里的电脑 Web 端、手机 Web 端、手机 App 端主要用来向用户呈现秒杀的活动信息、商品信息，并提供相关操作的入口，比如购买和后台维护，它们属于表现层。
逻辑层
逻辑层主要是和业务逻辑相关，比如秒杀系统的前端功能主要包括有用户登录、查看活动、订阅通知、查看商品、抢购、下单等；管理后台的功能主要包括有专题管理、场次管理、商品管理、库存管理、价格管理、限购管理等。这些都跟秒杀业务逻辑相关，所以我们可以把相关需求归于逻辑层。
数据层
数据层是指系统的业务逻辑需要处理哪些数据。比如，秒杀系统的数据包括配置数据和用户数据，其中配置数据主要是活动信息和商品信息，用户数据主要是用户订单和用户信息，他们就可以归于数据层。
物理架构
第一，为了实现动静分离，我们需要部署 CDN 节点，将秒杀系统静态页面和静态数据利用 CDN 缓存起来，以便利用 CDN 的就近访问能力提供更高的性能。比如我们可以在中国和新加坡都部署 CDN 节点，以便为中国用户和海外用户提供更好的访问速度。
第二，动静分离意味着除了 CDN 外，我们还需要部署秒杀后端节点。为了实现秒杀后端节点的高可用，我们需要使用云架构保障其基础设施层的高可用。而且需要部署到云的多个可用区，防止单一可用区发生故障影响服务。比如，使用两个可用区，每个可用区使用两台机器。每台机器访问存储的时候，采用主备方式，优先访问当前可用区内的存储，如果当前可用区内存储有故障，自动切到其他可用区的备用存储。不同可用区之间的存储，采用高速专线同步。
第三，为了将不同可用区作为一个整体对外提供服务，我们需要部署路由器、防火墙、交换机、SLB（Server Load Balancer，负载均衡器）。其中，路由器是负责接收外网请求并转发到内网；防火墙负责过滤掉有风险的数据，比如过滤掉黑客发起的网络攻击；交换机负责将请求转发到具体的可用区内；SLB 是负载均衡器，它可以将可用区内多个节点作为一个整体对外提供访问，并将请求均衡地转发到后端各节点。SLB 之间采用主备的方式部署，如果可用区 1 的 SLB 挂了，可用区 2 的 SLB 会自动接管属于可用区 1 的流量，并将流量转发给可用区 1 内的云主机。
第四，部署完各节点后，还需要设置域名解析，将域名解析到我们部署的 SLB 外网 IP 上。通常，对于流量大的系统，会采用多个负载均衡器，然后使用动态 DNS 解析的方案做多个 SLB 的 DNS 负载均衡，以防单个 SLB 无法扛住大流量。
数据架构
数据架构通常用 E-R 图（Entity Relationship Diagram，实体-联系图）表示，我们通常用它来表示数据对象与属性、用户之间的关系。
在需求分析过程中，我们了解到秒杀系统主要有两大主要数据：活动信息和商品信息。除了这两大主要数据外，还有两大次要数据：订单和黑名单。其中订单是用户抢购商品并下单生成的，而黑名单是为了反黄牛而设计的，通常通过大数据分析统计生成，如果用户 ID 在黑名单中，则不允许抢购商品。
那这几大数据都包含哪些属性呢？
结合需求分析过程，我们得知：
活动信息，包括专题、场次、描述、时间、限购策略、商品列表、状态等信息；
商品信息，包括商品 ID、名称、描述、规格、原价、活动价、活动库存等信息；
订单信息，包括订单 ID、用户 ID、商品 ID、商品价格、商品数量、总价、收货地址、创建时间等信息；
黑名单，包括用户 ID 列表。
这些数据中，活动信息、商品信息、黑名单都是由管理员在管理后台管理的，只有订单信息是由用户在商城下单创建的，管理员可以通过管理后台查看订单信息。
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关于作者
笔名：Damon，技术爱好者，长期从事 Java 开发、Spring Cloud 的微服务架构设计，以及结合 Docker、K8s 做微服务容器化，自动化部署等一站式项目部署、落地。目前主要从事基于 K8s 云原生架构研发的工作。Golang 语言开发，长期研究边缘计算框架 KubeEdge、调度框架 Volcano 等。公众号 程序猿Damon 发起人。个人微信 MrNull008，个人网站：Damon | Micro-Service | Containerization | DevOps，欢迎來撩。
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God bless the fighters. 2020.03.11 加入
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