六种常见的系统架构

1、当前，常见的系统架构设计有以下几种：

1. 单库单应用架构：这种架构在系统开发规范雏形初期，很多系统就有使用，相对是最简单的，小企业小系统就会用采用，尤其是做项目的公司；
2. 内容分发架构：目前前端网页、图片、CSS、JS等这些静态资源用的相对较多；
3. 读写分离架构：对于高并发的查询业务；
4. 微服务架构：适用于把复杂的业务模式进行拆解；
5. 多级缓存架构：利用缓存做出各种设计；
6. 分库分表架构：解决单级数据库的瓶颈。

一、单库单应用架构

　　这种架构是最简单，我们在学习阶段，基本都会采取这种模式，除了专门针对各种架构的学习。

这种模式的设计图一般如下，

 

 

　　这种设计一般只有一个数据库，一个业务应用层，一个后台管理系统，所有的业务都是用业务层完成的，所有的数据也都是存储在一个数据库中，好一点会由数据库的同步，虽然比较简单，但是还是很实用的。

　　优点：结构简单、开发速度快、实现简单，用于产品的第一版等有原型验证需求。

　　缺点：性能较差、基本没有高可用、扩展性差，不适用于大规模部署、应用等生产环境。

 

 

二、内容分发架构

　　基本上所有的大型网站都或多或少地采用这种架构，常见的应用场景一般是采用CDN技术把网页、图片、css、js 等这些静态资源分发到离用户最近的服务器。

这种模式的设计一般如下。

 

这种模式跟单库单应用的模式多了一个CDN、一个云存储OSS（如阿里云OSS）。

流程一般如下：

1、上传的时候，用户选择本地机器上的一个图片进行上传；

2、程序把这个图片上传到云存储OSS上，并返回该图片的一个URL;

3、程序把这个URL字符串存储在业务数据库中，上传完成；

4、查看的时候，程序从业务数据库得到该图片的URL;

5、程序通过DNS查询到这个URL的图片服务器；

6、智能DNS会解析这个URL，得到于用户最近的服务器（或集群）的地址A；

7、然后把服务器上的图片返回给程序；

8、程序显示该图片，查看完成。

由上可知，这个模式的关键是智能DNS，他能够解析出离用户最近的服务器，运行原理大致是：根据请求者的IP得到请求地点B，然后通过计算或者配置得到与B最近或通讯时间最短的服务器C，然后把C的IP地址返回给请求者。这种模式的优缺点如下：

优点：资源下载快，无需过多的开发与配置，同时也减轻了后端服务器对资源的存储压力，减少带宽的使用。

缺点：目前来说OSS、CDN的加个还是稍微优点贵的，只适用于中小规模的应用，另外由于网络传输延迟、CDN的同步策略等，会有一些一致性、更新慢方面的问题。

 

三、读写分离架构

　　这种模式主要解决单机数据库压力过大，从而导致业务缓慢甚至超时，查询影响时间变长的问题，也包括需要大量数据库服务器计算资源的查询请求，这个可以说是单库应用模式的升级版本，也是技术架构迭代演进过程中的必经之路。

　　设计图如下：

 

 

 　　这种模式相比较单库应用模式来说，多了几个部分，一个是业务数据库的主从分离，一个是引入ES。

　　场景一：全文关键字检索

　　　　　　如果使用传统的数据库技术，大部分会使用like这种sql语句，高级一点的是先分词，然后通过分词index相关的记录。SQL语句的性能问题与全表扫描机制导致了非常严重的性能问题，现在基本上很少见到。

　　　　　　ES较Solr配置简单、使用方便，所以选用他。另外，ES支持横向扩展，理论上没有这个性能的瓶颈。同时，还支持各种插件、自定义分词器等，可扩展性较强。而且ES还能实现分页、排序、分组、页面等功能。

　　　　　　一般的流程如下：

1. 服务端把一条业务数据落库；
2. 服务器异步把该条数据发送到ES;
3. ES把该条记录按照规则、配置放入自己的索引库；
4. 客户端查询的时候，由服务端把这个请求发送到ES，得到数据后，根据需求拼接、组合数据，返回给客户端。　　　　　

　　场景二：大量的普通查询

　　　　       我们的业务中的大部分辅助性的查询，如：取钱的时候，先查询余额，根据用户的ID查询用户的记录，取得该用户最新的一条取钱记录，我们肯定是要天天用到的，而且用的还非常多。与此同时，我们的写入请求也是非常多，导致大量　　　　                     的写入、查询操作到同一数据库，然后，数据库挂了，系统挂了，这就很难受了。因此，要求我们必须分散数据库的压力，一个在业界较成熟的方案就是数据库的读写分离，写的时候入主库，读的时候读分库。这样就把压力分散到不同　　　　　　　　                     的数据库了，如果一个读库性能不行，扛不住的话，可以一主多从，横向扩展。

                     一般的流程如下：

1. 服务端把一条业务数据落库；
2. 服务器同步或异步半同步把该条数据复制到从库;
3. 服务端读取数据的时候直接去从库读相应的数据。

　　优点：减少数据库的压力，理论上提供无限高的读性能，简介提高业务（写）的性能，专用的查询、索引、全文（分词）解决方案。

　　缺点：数据延迟，数据一致性的保证。　 

　　　

四、微服务架构

　　传统的软件开发到一定阶段，经常会遇到以下问题：

1. 单级数据库请求量大量增加，导致数据库压力变大；
2. 数据库一旦挂了，那么整个业务就都挂了；
3. 业务代码越来越多，都在一个git里，越来越难以维护；
4. 代码腐化严重，臭味越来越浓；
5. 上线越来越频繁，经常是一个小功能的修改，就要整个大项目重新编译；
6. 部门越来越多，该哪个部门改动大项目中的哪个东西，容易发生分歧；
7. 其他一些外围系统直接连数据库。导致一旦数据库结构发生变化，所有相关系统都要通知，甚至对修改不敏感的系统也要通知；
8. 每个应用服务器需要开通所有权限、网络、FTP、各种各样的，因为每个服务器部署的应用都是一样的；
9. 作为架构师，无法把控这个系统了。

　　微服务模式的设计一般如下：

　　如图所示，把业务分块，做了垂直切分，切成了一个个独立的系统，每个系统各自衍化，有自己的库、缓存、ES等腐竹系统，系统之间的实时交互通过RPC，异步交互通过MQ，通过这种组合，共同完成整个系统功能。

　对于问题一：由于拆分成多个子系统，系统的压力被分散了，而各个子系统都有自己的数据库实例，所有数据库的压力变小；

　对于问题二：一个子系统A的数据库挂了，只是影响到系统A和使用系统A的那些功能，不会所有功能不可用，从而解决一个数据库挂了，导致所有的功能都不可用的情况；

　对于问题三、四：也因为拆分得到了解决，各个子系统都有自己独立的git代码库，不会相互影响。通用的模块可通过库、服务、平台的形式解决；

    对于问题五：子系统A发生改变，需要上线，那么我们只需要编译A，然后上线就可以了，不需要其他系统做同样的的事情；

　对于问题六：顺应了康威定律，我部门该干什么，输出什么，也通过服务的形式暴露出来，我部门只管把我部的职责、软件功能做好就可以了；

   对于问题七：所有需要我部数据的需求，都通过接口的形式发布出去，客户通过接口获取数据，从而屏蔽了底层数据库结构，甚至数据来源，我部只需保证我部的接口契约没有发生变化，新的需求增加新的接口，不会影响老的接口；

   对于问题八：不同的子系统需要不同的权限，这个问题也优雅的解决了；

　对于问题九：暂时控制住复杂性，我只需要控制好大方面，定义好系统边界、接口、大的流程，然后再分而治之、逐个击破、合纵连横。

      在此，所有问题得到解决！

　　但是，副作用也随之而来，如RPC、MQ的超高稳定性、超高性能，网络延迟，数据一致性等问题，这个就不展开来讲了。

　　所以说，在这个模式来说，最难把握的是度，切记不要切分过细，我见过一个功能一个子系统，上百个方法分成上百个子系统的，真的是太过度了。实践中，一个比较可行的方法是：能不分就不分。

　　优点：相对高性能，可扩展性强，高可用，适用于中等以上规模公司架构。

　　缺点：复杂、度不好把握。指不仅需要一个能再高层把控大方向、大流程、总体技术的人，还需要能够针对各个子系统有针对性的开发。把握不好度或者滥用的话，这个模式适得其反！

   

五、多级缓存架构

 　　这种模式是应对超高查询压力的普遍采用的一种策略，基本的思想就是在所有链路的地方，能加缓存就加缓存，设计如下：

 

 如图所示，一般在三个地方加入缓存，一个是客户端处，一个是API网关处，一个是具体的后端业务处。

客户端处缓存：这个地方加缓存可以说是效果最好的一个，不会延迟。因为不用经过很长的网络链条去后端业务处获取数据，从而导致加载时间过长，客户流失等损失，虽然有CDN的支持，但是从客户端到CDN还是有网络延迟的，虽然不大，具体的技术依据不同的客户端而定，对于WEB来讲，有浏览器本地的缓存、Cookie、Storage、缓存策略等技术；对于APP来讲，有本地数据库，本地文件，本地内存，进程内缓存支持，以上提到的各种技术有兴趣的同学可以继续开展学习，如果客户端缓存没有命中，那么会去后端业务拿数据，一般来讲，就会有个API网关，在这里加缓存也是非常重要的。

后端业务处理：Redis、Jvm等等。

　　实践中，要结合具体的实际情况，综合利用各级缓存技术，使得各种请求最大程度的在到达后端业务之前就被解决掉，从而减少后端服务器压力、减少占用带宽、增强用户体验。

 

优点：抗住大量读请求，减少后端压力。

缺点：数据一致性问题较为突出，容易发生雪崩，即：如果客户端缓存失效、API网关缓存失效，那么所有的大量请求瞬间压向后端业务系统，后果可想而知。

 

六、分库分表架构

 这种模式主要解决单表写入、读取 、存储压力过大，从而导致业务缓慢甚至超时，交易失败，容量不够的问题。一般有水平切分和垂直切分两种，这里主要介绍水平切分。这个模式也是技术架构迭代演进的必经之路。

设计如图

 

 

如上图，把一张表分到了几个不同的库中，从而分担压力。是不是很笼统？哈哈，那我们接下来就详细的讲解一下，首先澄清几个概念，如下：

主机：硬件，指一台物理机，或虚拟机，有自己的CPU，内存，硬盘等。

实例：数据库实例，如一个MySql服务进程，一个主机可以有多个实例，不同的实例有不同的进程，监听不同的端口。

库：指表的集合，如学校库，可能包含教师表、学生表、食堂表等等，这些表在一个库中。一个实例中可以有多个库，库与库之间用库名来区分。

表：库中的表，不必多说，不懂的就不用往下看了，不解释。

那么怎么把单表分散呢？到底怎么个分发呢？分发到哪里呢？以下是几个工作中的实践，分享一下：

主机：这是最主要的也是最重要的点，本质上分库分表是因为计算与存储资源不够导致的，而这种资源主要由物理机，主机提供的，毕竟没有可用的计算资源，怎么分效果都不是太好。