阿里妹導(dǎo)讀:架構(gòu)師是一個既能掌控整體又能洞悉局部瓶頸并依據(jù)具體的業(yè)務(wù)場景給出解決方案的團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)型人物??此仆昝赖摹叭烁衲P汀北澈螅瞧D辛的探索。今天,阿里巴巴技術(shù)專家九摩將多年經(jīng)驗,進(jìn)行系統(tǒng)性地總結(jié),幫助更多架構(gòu)師在進(jìn)階這條路上走得更“順暢”,姿態(tài)更“優(yōu)雅”。 架構(gòu)師職責(zé)架構(gòu)師不是一個人,他需要建立高效卓越的體系,帶領(lǐng)團(tuán)隊去攻城略地,在規(guī)定的時間內(nèi)完成項目。 架構(gòu)師需要能夠識別定義并確認(rèn)需求,能夠進(jìn)行系統(tǒng)分解形成整體架構(gòu),能夠正確地技術(shù)選型,能夠制定技術(shù)規(guī)格說明并有效推動實施落地。 按 TOGAF 的定義,架構(gòu)師的職責(zé)是了解并關(guān)注實際上關(guān)系重大但未變得過載的一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)和界面,架構(gòu)師的角色有:理解并解析需求,創(chuàng)建有用的模型,確認(rèn)、細(xì)化并擴(kuò)展模型,管理架構(gòu)。 從業(yè)界來看對于架構(gòu)師的理解可以大概區(qū)分為:
阿里內(nèi)部沒有在職位 title 上專門設(shè)置架構(gòu)師了,架構(gòu)師更多是以角色而存在,現(xiàn)在還留下可見的 title 有兩個:首席架構(gòu)師和解決方案架構(gòu)師,其中解決方案架構(gòu)師目前在大部分 BU 都有設(shè)置,特別是在阿里云和電商體系。 解決方案架構(gòu)師 ★ 工作方式理解
★ 職責(zé) 1.從客戶視圖來看:
2.從項目視圖看:
3.從阿里內(nèi)部看:
架構(gòu)師職責(zé)明確了,那么有什么架構(gòu)思維可以指導(dǎo)架構(gòu)設(shè)計呢?請看下述的架構(gòu)思維。 架構(gòu)思維 自頂向下構(gòu)建架構(gòu) ★ 要點主要如下: 1.首先定義問題,而定義問題中最重要的是定義客戶的問題。定義問題,特別是識別出關(guān)鍵問題,關(guān)鍵問題是對客戶有體感,能夠解決客戶痛點,通過一定的數(shù)據(jù)化來衡量識別出來,關(guān)鍵問題要優(yōu)先給出解決方案。
9.創(chuàng)新可以是業(yè)務(wù)創(chuàng)新,也可以是產(chǎn)品創(chuàng)新,也可以是技術(shù)創(chuàng)新,也可以是運(yùn)營創(chuàng)新,升層思考、升維思考,使用第一性原理思維、生物學(xué)(進(jìn)化論--進(jìn)化=變異+選擇+隔離、熵增定律、分形和涌現(xiàn))思維等哲科思維可以幫助我們在業(yè)務(wù),產(chǎn)品,技術(shù)上發(fā)現(xiàn)不同的創(chuàng)新可能。可以說哲科思維是架構(gòu)師的靈魂思維。 自底向上推導(dǎo)應(yīng)用架構(gòu) 先根據(jù)業(yè)務(wù)流程,分解出系統(tǒng)時序圖,根據(jù)時序圖開始對模塊進(jìn)行歸納,從而得到粒度更大的模塊,模塊的組合/聚合構(gòu)建整個系統(tǒng)架構(gòu)。 基本上應(yīng)用邏輯架構(gòu)的推導(dǎo)有4個子路徑,他們分別是: 1. 業(yè)務(wù)概念架構(gòu):業(yè)務(wù)概念架構(gòu)來自于業(yè)務(wù)概念模型和業(yè)務(wù)流程; 效率、穩(wěn)定性、性能是最影響邏輯架構(gòu)落地成物理架構(gòu)的三大主要因素,所以從邏輯架構(gòu)到物理架構(gòu),一定需要先對效率、穩(wěn)定性和性能做出明確的量化要求。 自底向上重度依賴于演繹和歸納。 如果是產(chǎn)品方案已經(jīng)明確,程序員需要理解這個業(yè)務(wù)需求,并根據(jù)產(chǎn)品方案推導(dǎo)出架構(gòu),此時一般使用自底向上的方法,而領(lǐng)域建模就是這種自底向上的分析方法。 對于自底向上的分析方法,如果提煉一下關(guān)鍵詞,會得到如下兩個關(guān)鍵詞: 1.演繹:演繹就是邏輯推導(dǎo),越是底層的,越需要演繹:
2.歸納:這里的歸納是根據(jù)事物的某個維度來進(jìn)行歸類,越是高層的,越需要歸納:
領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計架構(gòu) 大部分傳統(tǒng)架構(gòu)都是基于領(lǐng)域模型分析架構(gòu),典型的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)模型設(shè)計可以參考DDD(領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計),詳細(xì)可以參考《實現(xiàn)領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計》這本書,另外《UML和模式應(yīng)用》在領(lǐng)域建模實操方面比較好,前者偏理論了解,后者便于落地實踐。 領(lǐng)域劃分設(shè)計步驟: 1.對用戶需求場景分析,識別出業(yè)務(wù)全維度 Use Case; 2.分析模型魯棒圖,識別出業(yè)務(wù)場景中所有的實體對象。魯棒圖 —— 是需求設(shè)計過程中使用的一種方法(魯棒性分析),通過魯棒分析法可以讓設(shè)計人員更清晰,更全面地了解需求。它通常使用在需求分析后及需求設(shè)計前做軟件架構(gòu)分析之用,它主要注重于功能需求的設(shè)計分析工作。需求規(guī)格說明書為其輸入信息,設(shè)計模型為其輸出信息。它是從功能需求向設(shè)計方案過渡的第一步,重點是識別組成軟件系統(tǒng)的高級職責(zé)模塊、規(guī)劃模塊之間的關(guān)系。魯棒圖包含三種圖形:邊界、控制、實體,三個圖形如下: 3、領(lǐng)域劃分,將所有識別出的實體對象進(jìn)行分類; 4、評估域劃分合理性,并進(jìn)行優(yōu)化。 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計架構(gòu) 隨著 IoT、大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展,以領(lǐng)域驅(qū)動的方式進(jìn)行架構(gòu)往往滿足不了需求或者達(dá)不到預(yù)期的效果,在大數(shù)據(jù)時代,在大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景,我們需要轉(zhuǎn)變思維,從領(lǐng)域分析升維到基于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果來進(jìn)行業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)。這里需要架構(gòu)師具備數(shù)理統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)和 BI 的能力,以數(shù)據(jù)思維來架構(gòu)系統(tǒng),典型的系統(tǒng)像阿里的數(shù)據(jù)分析平臺采云間和菜鳥的數(shù)據(jù)分析平臺 FBI。 上述四種思維,往往在架構(gòu)設(shè)計中是融合使用的,需要根據(jù)業(yè)務(wù)或者系統(tǒng)的需求來選擇側(cè)重思維方式。 有了架構(gòu)思維的指導(dǎo),具體有沒有通用/標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)框架以更好的執(zhí)行架構(gòu)設(shè)計?請看常見的架構(gòu)框架。下述的架構(gòu)框架其實本身也包含了重要的一些架構(gòu)思維。 常見架構(gòu)框架 TOGAF TOGAF 是 The Open Group Architecture Framework 的縮寫,它由 The Open Group 開發(fā),The Open Group 是一個非盈利的技術(shù)行業(yè)聯(lián)盟,它不斷更新和重申 TOGAF。 TOGAF 強(qiáng)調(diào)商業(yè)目標(biāo)作為架構(gòu)的驅(qū)動力,并提供了一個最佳實踐的儲藏庫,其中包括 TOGAF 架構(gòu)開發(fā)方法(ADM)、TOGAF 架構(gòu)內(nèi)容框架、TOGAF 參考模型、架構(gòu)開發(fā)方法(ADM)指引和技術(shù)、企業(yè)連續(xù)統(tǒng)一體和 TOGAF 能力框架。 ★ ADM ADM是一個迭代的步驟順序以發(fā)展企業(yè)范圍的架構(gòu)的方法。 ★ 架構(gòu)內(nèi)容框架 ★ 參考模型 ★ ADM指引和技術(shù) 1、架構(gòu)迭代階段: 2、在不同水平運(yùn)用ADM: 3、利益相關(guān)者分類: ★ 企業(yè)連續(xù)統(tǒng)一體 架構(gòu)指導(dǎo)及支持解決方案:基礎(chǔ) ?通用系統(tǒng) ?行業(yè)?組織特定 ★ 能力框架 (更多內(nèi)容可以參考《TOGAF標(biāo)準(zhǔn)9.1版本》或者 https://www./togaf) Zachman 第一個最有影響力的框架方法論就是 Zachman 框架,它是 John Zachman 首次在1987年提出的。 Zachman 框架模型分兩個維度:橫向維度采用6W(what、how、where、who、when、why)進(jìn)行組織,縱向維度反映了 IT 架構(gòu)層次,從上到下(Top-Down),分別為范圍模型、企業(yè)模型、系統(tǒng)模型、技術(shù)模型、詳細(xì)模型、功能模型。橫向結(jié)合6W,Zachman 框架分別由數(shù)據(jù)、功能、網(wǎng)絡(luò)、人員、時間、動機(jī)分別對應(yīng)回答What、How、Where、Who、When 與 Why 這六個問題。 ITSA ITSA誕生于1986年的惠普,世界最早的企業(yè)架構(gòu)框架(IT戰(zhàn)略與架構(gòu))。建模原則就是“Everything you need, and nothing you don’t”,只放你要的東西。 DODAF DODAF 是美國國防部架構(gòu)框架,是一個控制“EA開發(fā)、維護(hù)和決策生成”的組織機(jī)制,是統(tǒng)一組織“團(tuán)隊資源、描述和控制EA活動”的總體結(jié)構(gòu)。
★ 1.全景視點 AV
★ 2.能力視點CV
★ 3.作戰(zhàn)視點OV
★ 4.服務(wù)視點 SvcV
★ 5.系統(tǒng)視點 SV
★ 6.數(shù)信視點 DIV
★ 8.項目視點 PV 項目視點(PV)集中反映了項目是如何有機(jī)地組織成一個釆辦項目的有序組合。 TOGAF,Zachman,ITSA 和 DODAF 是非常不錯的架構(gòu)框架,尤其前兩者應(yīng)用很廣泛,TOGAF 還有專門的架構(gòu)認(rèn)證。當(dāng)我們掌握了這些框架,我們是不是需要一些架構(gòu)原則來指導(dǎo)更具體的設(shè)計?請看下文。 架構(gòu)原則 設(shè)計原則就是架構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)思想,它指導(dǎo)我們?nèi)绾螌?shù)據(jù)和函數(shù)組織成類,如何將類鏈接起來成為組件和程序。反向來說,架構(gòu)的主要工作就是將軟件拆解為組件,設(shè)計原則指導(dǎo)我們?nèi)绾尾鸾狻⒉鸾獾牧6?、組件間依賴的方向、組件解耦的方式等。 設(shè)計原則有很多,我們進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計的主導(dǎo)原則是 OCP(開閉原則),在類和代碼的層級上有:SRP(單一職責(zé)原則)、LSP(里氏替換原則)、ISP(接口隔離原則)、DIP(依賴反轉(zhuǎn)原則);在組件的層級上有:REP(復(fù)用、發(fā)布等同原則)、CCP(共同閉包原則)、CRP(共同復(fù)用原則),處理組件依賴問題的三原則:無依賴環(huán)原則、穩(wěn)定依賴原則、穩(wěn)定抽象原則。 1.OCP(開閉原則):設(shè)計良好的軟件應(yīng)該易于擴(kuò)展,同時抗拒修改。這是我們進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計的主導(dǎo)原則,其他的原則都為這條原則服務(wù)。 2.SRP(單一職責(zé)原則):任何一個軟件模塊,都應(yīng)該有且只有一個被修改的原因,“被修改的原因“指系統(tǒng)的用戶或所有者,翻譯一下就是,任何模塊只對一個用戶的價值負(fù)責(zé),該原則指導(dǎo)我們?nèi)绾尾鸱纸M件。 舉個例子,CTO 和 COO 都要統(tǒng)計員工的工時,當(dāng)前他們要求的統(tǒng)計方式可能是相同的,我們復(fù)用一套代碼,這時 COO 說周末的工時統(tǒng)計要乘以二,按照這個需求修改完代碼,CTO 可能就要過來罵街了。當(dāng)然這是個非常淺顯的例子,實際項目中也有很多代碼服務(wù)于多個價值主體,這帶來很大的探秘成本和修改風(fēng)險,另外,當(dāng)一份代碼有多個所有者時,就會產(chǎn)生代碼合并沖突的問題。 3.LSP(里氏替換原則):當(dāng)用同一接口的不同實現(xiàn)互相替換時,系統(tǒng)的行為應(yīng)該保持不變。該原則指導(dǎo)的是接口與其實現(xiàn)方式。 你一定很疑惑,實現(xiàn)了同一個接口,他們的行為也肯定是一致的呀,還真不一定。假設(shè)認(rèn)為矩形的系統(tǒng)行為是:面積=寬*高,讓正方形實現(xiàn)矩形的接口,在調(diào)用 setW 和 setH 時,正方形做的其實是同一個事情,設(shè)置它的邊長。這時下邊的單元測試用矩形能通過,用正方形就不行,實現(xiàn)同樣的接口,但是系統(tǒng)行為變了,這是違反 LSP 的經(jīng)典案例。 Rectangle r = ... r.setW(5); r.setH(2); assert(r.area() == 10); 4.ISP(接口隔離原則):不依賴任何不需要的方法、類或組件。該原則指導(dǎo)我們的接口設(shè)計。當(dāng)我們依賴一個接口但只用到了其中的部分方法時,其實我們已經(jīng)依賴了不需要的方法或類,當(dāng)這些方法或類有變更時,會引起我們類的重新編譯,或者引起我們組件的重新部署,這些都是不必要的。所以我們最好定義個小接口,把用到的方法拆出來。 5.DIP(依賴反轉(zhuǎn)原則):指一種特定的解耦(傳統(tǒng)的依賴關(guān)系創(chuàng)建在高層次上,而具體的策略設(shè)置則應(yīng)用在低層次的模塊上)形式,使得高層次的模塊不依賴于低層次的模塊的實現(xiàn)細(xì)節(jié),依賴關(guān)系被顛倒(反轉(zhuǎn)),從而使得低層次模塊依賴于高層次模塊的需求抽象。 跨越組建邊界的依賴方向永遠(yuǎn)與控制流的方向相反。該原則指導(dǎo)我們設(shè)計組件間依賴的方向。 依賴反轉(zhuǎn)原則是個可操作性非常強(qiáng)的原則,當(dāng)你要修改組件間的依賴方向時,將需要進(jìn)行組件間通信的類抽象為接口,接口放在邊界的哪邊,依賴就指向哪邊。 6.REP(復(fù)用、發(fā)布等同原則):軟件復(fù)用的最小粒度應(yīng)等同于其發(fā)布的最小粒度。直白地說,就是要復(fù)用一段代碼就把它抽成組件,該原則指導(dǎo)我們組件拆分的粒度。 7.CCP(共同閉包原則):為了相同目的而同時修改的類,應(yīng)該放在同一個組件中。CCP 原則是 SRP 原則在組件層面的描述。該原則指導(dǎo)我們組件拆分的粒度。 對大部分應(yīng)用程序而言,可維護(hù)性的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可復(fù)用性,由同一個原因引起的代碼修改,最好在同一個組件中,如果分散在多個組件中,那么開發(fā)、提交、部署的成本都會上升。 8.CRP(共同復(fù)用原則):不要強(qiáng)迫一個組件依賴它不需要的東西。CRP 原則是 ISP原則在組件層面的描述。該原則指導(dǎo)我們組件拆分的粒度。 相信你一定有這種經(jīng)歷,集成了組件 A,但組件 A 依賴了組件 B、C。即使組件 B、C 你完全用不到,也不得不集成進(jìn)來。這是因為你只用到了組件 A 的部分能力,組件 A 中額外的能力帶來了額外的依賴。如果遵循共同復(fù)用原則,你需要把 A 拆分,只保留你要用的部分。 REP、CCP、CRP 三個原則之間存在彼此競爭的關(guān)系,REP 和 CCP 是黏合性原則,它們會讓組件變得更大,而 CRP 原則是排除性原則,它會讓組件變小。遵守REP、CCP 而忽略 CRP,就會依賴了太多沒有用到的組件和類,而這些組件或類的變動會導(dǎo)致你自己的組件進(jìn)行太多不必要的發(fā)布;遵守 REP、CRP 而忽略 CCP,因為組件拆分的太細(xì)了,一個需求變更可能要改 n 個組件,帶來的成本也是巨大的。 除了上述設(shè)計原則,還有一些重要的指導(dǎo)原則如下: 1.N+1設(shè)計:系統(tǒng)中的每個組件都應(yīng)做到?jīng)]有單點故障;
架構(gòu)師知道了職責(zé),具備很好的架構(gòu)思維,掌握了通用的架構(gòu)框架和方法論,使用架構(gòu)原則進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計,不同的業(yè)務(wù)和系統(tǒng)要求不一樣,那么有沒有針對不同場景的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計?下文就針對分布式架構(gòu)演進(jìn)、單元化架構(gòu)、面向服務(wù) SOA 架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)、Serverless 架構(gòu)進(jìn)行介紹,以便于我們在實際運(yùn)用中進(jìn)行參考使用。 常見架構(gòu) 分布式架構(gòu)演進(jìn) ★ 初始階段架構(gòu) 特征:應(yīng)用程序,數(shù)據(jù)庫,文件等所有資源都放在一臺服務(wù)器上。 ★ 應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)以及文件服務(wù)分離 說明:好景不長,發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)訪問量的再度增加,webserver 機(jī)器的壓力在高峰期會上升到比較高,這個時候開始考慮增加一臺 webserver。 特征:應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫、文件分別部署在獨立的資源上。 ★ 使用緩存改善性能 說明:系統(tǒng)訪問特點遵循二八定律,即80%的業(yè)務(wù)訪問集中在20%的數(shù)據(jù)上。緩存分為本地緩存 遠(yuǎn)程分布式緩存,本地緩存訪問速度更快但緩存數(shù)據(jù)量有限,同時存在與應(yīng)用程序爭用內(nèi)存的情況。 特征:數(shù)據(jù)庫中訪問較集中的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在緩存服務(wù)器中,減少數(shù)據(jù)庫的訪問次數(shù),降低數(shù)據(jù)庫的訪問壓力。 ★ 使用“應(yīng)用服務(wù)器”集群 說明:在做完分庫分表這些工作后,數(shù)據(jù)庫上的壓力已經(jīng)降到比較低了,又開始過著每天看著訪問量暴增的幸福生活了。突然有一天,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的訪問又開始有變慢的趨勢了,這個時候首先查看數(shù)據(jù)庫,壓力一切正常,之后查看 webserver,發(fā)現(xiàn)apache 阻塞了很多的請求, 而應(yīng)用服務(wù)器對每個請求也是比較快的,看來是請求數(shù)太高導(dǎo)致需要排隊等待,響應(yīng)速度變慢。 特征:多臺服務(wù)器通過負(fù)載均衡同時向外部提供服務(wù),解決單臺服務(wù)器處理能力和存儲空間上限的問題。 描述:使用集群是系統(tǒng)解決高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)問題的常用手段。通過向集群中追加資源,提升系統(tǒng)的并發(fā)處理能力,使得服務(wù)器的負(fù)載壓力不再成為整個系統(tǒng)的瓶頸。 ★ 數(shù)據(jù)庫讀寫分離 說明:享受了一段時間的系統(tǒng)訪問量高速增長的幸福后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)又開始變慢了,這次又是什么狀況呢,經(jīng)過查找,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫寫入、更新的這些操作的部分?jǐn)?shù)據(jù)庫連接的資源競爭非常激烈,導(dǎo)致了系統(tǒng)變慢。 特征:數(shù)據(jù)庫引入主備部署。 描述:把數(shù)據(jù)庫劃分為讀庫和寫庫,通過引入主從數(shù)據(jù)庫服務(wù),讀和寫操作在不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)處理,讀庫可以有多個,通過同步機(jī)制把寫庫的數(shù)據(jù)同步到讀庫,對于需要查詢最新寫入數(shù)據(jù)場景,可以通過在緩存中多寫一份,通過緩存獲得最新數(shù)據(jù)。 ★ 反向代理和CDN加速 特征:采用CDN和反向代理加快系統(tǒng)的訪問速度。 描述:為了應(yīng)付復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和不同地區(qū)用戶的訪問,通過 CDN 和反向代理加快用戶訪問的速度,同時減輕后端服務(wù)器的負(fù)載壓力。CDN 與反向代理的基本原理都是緩存。 ★ “分布式文件”系統(tǒng) 和 “分布式數(shù)據(jù)庫” 說明:隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)行,數(shù)據(jù)量開始大幅度增長,這個時候發(fā)現(xiàn)分庫后查詢?nèi)匀粫行┞?,于是按照分庫的思想開始做分表的工作 特征:數(shù)據(jù)庫采用分布式數(shù)據(jù)庫,文件系統(tǒng)采用分布式文件系統(tǒng)。 描述:任何強(qiáng)大的單一服務(wù)器都滿足不了大型系統(tǒng)持續(xù)增長的業(yè)務(wù)需求,數(shù)據(jù)庫讀寫分離隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展最終也將無法滿足需求,需要使用分布式數(shù)據(jù)庫及分布式文件系統(tǒng)來支撐。 分布式數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫拆分的最后方法,只有在單表數(shù)據(jù)規(guī)模非常龐大的時候才使用,更常用的數(shù)據(jù)庫拆分手段是業(yè)務(wù)分庫,將不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫部署在不同的物理服務(wù)器上。 ★ 使用 NoSQL 和搜索引擎 特征:系統(tǒng)引入 NoSQL 數(shù)據(jù)庫及搜索引擎。 描述:隨著業(yè)務(wù)越來越復(fù)雜,對數(shù)據(jù)存儲和檢索的需求也越來越復(fù)雜,系統(tǒng)需要采用一些非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如 NoSQL 和分?jǐn)?shù)據(jù)庫查詢技術(shù)如搜索引擎。 應(yīng)用服務(wù)器通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問模塊訪問各種數(shù)據(jù),減輕應(yīng)用程序管理諸多數(shù)據(jù)源的麻煩。 ★ 業(yè)務(wù)拆分 特征:系統(tǒng)上按照業(yè)務(wù)進(jìn)行拆分改造,應(yīng)用服務(wù)器按照業(yè)務(wù)區(qū)分進(jìn)行分別部署。 描述:為了應(yīng)對日益復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景,通常使用分而治之的手段將整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)分成不同的產(chǎn)品線,應(yīng)用之間通過超鏈接建立關(guān)系,也可以通過消息隊列進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā),當(dāng)然更多的還是通過訪問同一個數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)來構(gòu)成一個關(guān)聯(lián)的完整系統(tǒng)。 縱向拆分:將一個大應(yīng)用拆分為多個小應(yīng)用,如果新業(yè)務(wù)較為獨立,那么就直接將其設(shè)計部署為一個獨立的 Web 應(yīng)用系統(tǒng)縱向拆分相對較為簡單,通過梳理業(yè)務(wù),將較少相關(guān)的業(yè)務(wù)剝離即可。 橫向拆分:將復(fù)用的業(yè)務(wù)拆分出來,獨立部署為分布式服務(wù),新增業(yè)務(wù)只需要調(diào)用這些分布式服務(wù)橫向拆分需要識別可復(fù)用的業(yè)務(wù),設(shè)計服務(wù)接口,規(guī)范服務(wù)依賴關(guān)系。 ★ 分布式服務(wù) 特征:公共的應(yīng)用模塊被提取出來,部署在分布式服務(wù)器上供應(yīng)用服務(wù)器調(diào)用。 描述:隨著業(yè)務(wù)越拆越小,應(yīng)用系統(tǒng)整體復(fù)雜程度呈指數(shù)級上升,由于所有應(yīng)用要和所有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接,最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫連接資源不足,拒絕服務(wù)。 ★ 分布式服務(wù)的問題和挑戰(zhàn): (1) 當(dāng)服務(wù)越來越多時,服務(wù)URL配置管理變得非常困難,F(xiàn)5硬件負(fù)載均衡器的單點壓力也越來越大。 (2) 當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展,服務(wù)間依賴關(guān)系變得錯蹤復(fù)雜,甚至分不清哪個應(yīng)用要在哪個應(yīng)用之前啟動,架構(gòu)師都不能完整的描述應(yīng)用的架構(gòu)關(guān)系。 (3) 服務(wù)的調(diào)用量越來越大,服務(wù)的容量問題就暴露出來,這個服務(wù)需要多少機(jī)器支撐?什么時候該加機(jī)器? (4) 服務(wù)多了,溝通成本也開始上升,調(diào)某個服務(wù)失敗該找誰?服務(wù)的參數(shù)都有什么約定? (5) 一個服務(wù)有多個業(yè)務(wù)消費(fèi)者,如何確保服務(wù)質(zhì)量? (6) 隨著服務(wù)的不停升級,總有些意想不到的事發(fā)生,比如 cache 寫錯了導(dǎo)致內(nèi)存溢出,故障不可避免,每次核心服務(wù)一掛,影響一大片,人心慌慌,如何控制故障的影響面?服務(wù)是否可以功能降級?或者資源劣化? 針對這些問題,下述的單元化架構(gòu),微服務(wù)架構(gòu)以及 Serveless 架構(gòu)可以一定程度解決,另外針對業(yè)務(wù)系統(tǒng),需要做到業(yè)務(wù)與業(yè)務(wù)隔離、管理域和運(yùn)行域分開、業(yè)務(wù)與平臺隔離方可解決上述問題。 單元化架構(gòu) 1、什么是單元化:單元化架構(gòu)是從并行計算領(lǐng)域發(fā)展而來。在分布式服務(wù)設(shè)計領(lǐng)域,一個單元(Cell)就是滿足某個分區(qū)所有業(yè)務(wù)操作的自包含的安裝。而一個分區(qū)(Shard),則是整體數(shù)據(jù)集的一個子集,如果你用尾號來劃分用戶,那同樣尾號的那部分用戶就可以認(rèn)為是一個分區(qū)。單元化就是將一個服務(wù)設(shè)計改造讓其符合單元特征的過程。 2、單元化的必要性:隨著硬件的不斷升級,計算機(jī)硬件能力已經(jīng)越來越強(qiáng),CPU越來越快,內(nèi)存越來越大,網(wǎng)絡(luò)越來越寬。這讓我們看到了在單臺機(jī)器上垂直擴(kuò)展的機(jī)會。尤其是當(dāng)你遇到一個性能要求和容量增長可以預(yù)期的業(yè)務(wù),單元化給我們提供另外的機(jī)會,讓我們可以有效降低資源的使用,提供更高性能的服務(wù)。 更高性能更低成本是我們的主要目標(biāo),經(jīng)過單元化改造,我們得以用更少(約二分之一)的機(jī)器,獲得了比原來更高(接近百倍)的性能。性能的提升很大部分原因在于服務(wù)的本地化,而服務(wù)的集成部署又進(jìn)一步降低了資源的使用。除了性能收益,還有很多收益,比如更好的隔離性,包括請求隔離和資源隔離,比如更友好的升級,產(chǎn)品可以灰度發(fā)布等。單元化改造后對高峰的應(yīng)對以及擴(kuò)容方式等問題的解決。 3、如何做到單元化:先看下圖傳統(tǒng)的服務(wù)架構(gòu),服務(wù)是分層的,每一層使用不同的分區(qū)算法,每一層都有不同數(shù)量的節(jié)點,上層節(jié)點隨機(jī)選擇下層節(jié)點。 再看下圖單元化架構(gòu),其為性能和隔離性而設(shè)計,上層節(jié)點訪問指定下層節(jié)點。 在單元化架構(gòu)下,服務(wù)雖然分層劃分,但每個單元自成一體。按照層次來講的話,所有層使用相同的分區(qū)算法,每一層都有相同數(shù)量的節(jié)點,上層節(jié)點也會訪問指定的下層節(jié)點。 SOA架構(gòu) SOA(Service-Oriented Architecture,面向服務(wù)的架構(gòu))是一個組件模型,它將應(yīng)用程序的不同功能單元(稱為服務(wù))通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的,它應(yīng)該獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。面向服務(wù)架構(gòu),它可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。服務(wù)層是 SOA 的基礎(chǔ),可以直接被應(yīng)用調(diào)用,從而有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴性。 SOA的實施具有幾個鮮明的基本特征。實施 SOA 的關(guān)鍵目標(biāo)是實現(xiàn)企業(yè) IT 資產(chǎn)的最大化作用。要實現(xiàn)這一目標(biāo),就要在實施 SOA 的過程中牢記以下特征: (1)可從企業(yè)外部訪問 為了實現(xiàn) SOA,企業(yè)需要一個服務(wù)架構(gòu),下圖顯示了一個例子: 在上圖中, 服務(wù)消費(fèi)者(service consumer)可以通過發(fā)送消息來調(diào)用服務(wù)。這些消息由一個服務(wù)總線(service bus)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給適當(dāng)?shù)姆?wù)實現(xiàn)。這種服務(wù)架構(gòu)可以提供一個業(yè)務(wù)規(guī)則引(business rules engine),該引擎容許業(yè)務(wù)規(guī)則被合并在一個服務(wù)里或多個服務(wù)里。這種架構(gòu)也提供了一個服務(wù)管理基礎(chǔ)(service management infrastructure),用來管理服務(wù),類似審核,列表(billing),日志等功能。此外,該架構(gòu)給企業(yè)提供了靈活的業(yè)務(wù)流程,更好地處理控制請求(regulatory requirement),例如Sarbanes Oxley(SOX),并且可以在不影響其他服務(wù)的情況下更改某項服務(wù)。 微服務(wù)架構(gòu) 先來看看傳統(tǒng)的 web 開發(fā)方式,通過對比比較容易理解什么是 Microservice Architecture。和 Microservice 相對應(yīng)的,這種方式一般被稱為 Monolithic(單體式開發(fā))。 所有的功能打包在一個 WAR包里,基本沒有外部依賴(除了容器),部署在一個JEE容器(Tomcat,JBoss,WebLogic)里,包含了 DO/DAO,Service,UI 等所有邏輯。 ★ 優(yōu)點:
★ 缺點:
★ 常見的系統(tǒng)架構(gòu)遵循的三個標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)驅(qū)動力:
★ 基于微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計: 目的:有效的拆分應(yīng)用,實現(xiàn)敏捷開發(fā)和部署。 關(guān)于微服務(wù)的一個形象表達(dá):
★ SOA和微服務(wù)的區(qū)別:
Serverless 架構(gòu) 1、思想:無服務(wù)器是一種架構(gòu)理念,其核心思想是將提供服務(wù)資源的基礎(chǔ)設(shè)施抽象成各種服務(wù),以 API 接口的方式供給用戶按需調(diào)用,真正做到按需伸縮、按使用收費(fèi)。 2、優(yōu)勢:消除了對傳統(tǒng)的海量持續(xù)在線服務(wù)器組件的需求,降低了開發(fā)和運(yùn)維的復(fù)雜性,降低運(yùn)營成本并縮短了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的交付周期,使得用戶能夠?qū)W⒃趦r值密度更高的業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)上。 3、內(nèi)容:目前業(yè)界較為公認(rèn)的無服務(wù)器架構(gòu)主要包括兩個方面,即提供計算資源的函數(shù)服務(wù)平臺 FaaS,以及提供托管云服務(wù)的后端服務(wù) BaaS。 函數(shù)即服務(wù)(Function as a Service):是一項基于事件驅(qū)動的函數(shù)托管計算服務(wù)。通過函數(shù)服務(wù),開發(fā)者只需要編寫業(yè)務(wù)函數(shù)代碼并設(shè)置運(yùn)行的條件,無需配置和管理服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施,函數(shù)代碼運(yùn)行在無狀態(tài)的容器中,由事件觸發(fā)且短暫易失,并完全由第三方管理,基礎(chǔ)設(shè)施對應(yīng)用開發(fā)者完全透明。函數(shù)以彈性、高可靠的方式運(yùn)行,并且按實際執(zhí)行資源計費(fèi),不執(zhí)行不產(chǎn)生費(fèi)用。 后端即服務(wù)(Backend as a Service):BaaS 覆蓋了應(yīng)用可能依賴的所有第三方服務(wù),如云數(shù)據(jù)庫、身份驗證、對象存儲等服務(wù),開發(fā)人員通過 API 和由 BaaS 服務(wù)商提供的 SDK,能夠集成所需的所有后端功能,而無需構(gòu)建后端應(yīng)用,更不必管理虛擬機(jī)或容器等基礎(chǔ)設(shè)施,就能保證應(yīng)用的正常運(yùn)行。 三個less感覺很好:
架構(gòu)師在完成上述架構(gòu)設(shè)計后,最終是需要協(xié)同利益相關(guān)方一起按項目化運(yùn)作落地拿結(jié)果,那么應(yīng)該如何保證利益相關(guān)方在項目落地的滿意度,如何保證按照架構(gòu)很好的拿到項目成功的結(jié)果呢?架構(gòu)管理能力是架構(gòu)師非常重要的能力。 架構(gòu)管理 架構(gòu)共贏模型 架構(gòu)結(jié)果管理 參考資料: https://developer.alipay.com/article/8538 聲明:本文部分內(nèi)容參考阿里內(nèi)部和外部一些文章,詳情見上述參考資料;撰寫本文的重點是系統(tǒng)體系化地總結(jié)認(rèn)識架構(gòu)師的工作,以便于更好的互動學(xué)習(xí)和成長,部分觀點是個人觀點。 |
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