前言

博主最近在學(xué)中間件，理解互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)的演進(jìn)過(guò)程，對(duì)于理解中間件在整體結(jié)構(gòu)中的定位是十分重要的

常見(jiàn)概念

應(yīng)用（Application）/系統(tǒng)（System）
完成某種服務(wù)的一個(gè)/一組程序

模塊（Module）/組件（Component）
系統(tǒng)中，一個(gè)獨(dú)立的功能稱之為一個(gè)組件

分布式（Distributed）
系統(tǒng)中的模塊被部署到多個(gè)服務(wù)器上，這些模塊協(xié)同完成一系列工作，這樣的系統(tǒng)叫分布式系統(tǒng)

集群（Cluster）
系統(tǒng)中的模塊被部署到多個(gè)服務(wù)器上，完成特定目標(biāo)的一個(gè)/多個(gè)模塊被稱為集群

主（Master）/從（Slave）
集群中，承擔(dān)更多職責(zé)的程序被稱為主，承擔(dān)附屬職責(zé)的程序被稱為從。主節(jié)點(diǎn)需要向從節(jié)點(diǎn)同步數(shù)據(jù)

中間件（Middleware）
和業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的服務(wù)，功能更加通用。1. 數(shù)據(jù)庫(kù) 2. 緩存 3. 消息隊(duì)列

八大架構(gòu)演進(jìn)過(guò)程

單機(jī)架構(gòu)

將所有服務(wù)（應(yīng)用服務(wù)+數(shù)據(jù)服務(wù)）部署在同一臺(tái)服務(wù)器上

用戶訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)根據(jù)用戶需求訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，并將得到的數(shù)據(jù)返回給用戶
由于互聯(lián)網(wǎng)早期，應(yīng)用/web訪問(wèn)量小，所以單機(jī)足以滿足需求

優(yōu)點(diǎn)：文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-724681.html

• 部署簡(jiǎn)單
• 成本低
  缺點(diǎn)：
• 存在性能瓶頸，用戶無(wú)限增長(zhǎng)但資源有限
• 數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)資源

應(yīng)用數(shù)據(jù)分離架構(gòu)

由于單機(jī)架構(gòu)的性能缺陷，當(dāng)用戶量增多時(shí)，網(wǎng)站的響應(yīng)速度變慢
此時(shí)演變出了應(yīng)用數(shù)據(jù)分離架構(gòu)：將應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)部署在不同服務(wù)器上
應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)間的交互通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成

（具體來(lái)說(shuō)：使用cpp-httplib/Spring編寫應(yīng)用程序，應(yīng)用服務(wù)接收用戶請(qǐng)求并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句，接著將語(yǔ)句通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端與網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)端，服務(wù)端完成數(shù)據(jù)操作）

對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器：可以適當(dāng)增加CPU、內(nèi)存資源，因?yàn)闃I(yè)務(wù)的邏輯將占用更多的CPU和內(nèi)存
而對(duì)于存儲(chǔ)服務(wù)器：可以適當(dāng)增加磁盤資源，甚至使用SSD固態(tài)硬盤，提高數(shù)據(jù)的讀寫速度

優(yōu)點(diǎn)：

• 性能相比單機(jī)架構(gòu)有所提升
• 數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用分離，提高了容災(zāi)能力

缺點(diǎn)：

• 硬件成本變高
• 無(wú)法應(yīng)對(duì)海量并發(fā)

應(yīng)用服務(wù)集群架構(gòu)

當(dāng)用戶的請(qǐng)求量增加，應(yīng)用服務(wù)無(wú)法及時(shí)處理這些海量請(qǐng)求，導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，用戶體驗(yàn)差
此時(shí)增加應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量（橫向擴(kuò)展），在應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)之間引入負(fù)載均衡（決策層），使應(yīng)用服務(wù)以集群的方式運(yùn)作。引入負(fù)載均衡后，每臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器承擔(dān)相同的壓力

負(fù)載均衡器對(duì)于請(qǐng)求的承擔(dān)能力要遠(yuǎn)大于應(yīng)用服務(wù)器，因?yàn)樨?fù)載均衡器只涉及到分配算法，不需要處理請(qǐng)求

這一架構(gòu)涉及到兩個(gè)軟件設(shè)計(jì)哲學(xué)：

1. 一個(gè)設(shè)備扛不住，就多加幾個(gè)設(shè)備
2. 沒(méi)有什么問(wèn)題是加一層無(wú)法解決的

當(dāng)并發(fā)量越來(lái)越大時(shí)，Nginx扛不住了，那就多用幾個(gè)Nginx
Nginx一多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)Nginx之間的負(fù)載均衡，再引入決策層，使用LVS/F5實(shí)現(xiàn)Nginx的負(fù)載均衡
LVS/F5也扛不住了，那就多個(gè)幾個(gè)LVS/F5
LVS/F5一多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，直接修改DNS集群（添加多個(gè)IP地址），使之作為我們的負(fù)載均衡
DNS也扛不住？修改用戶電腦的host文件，直接繞過(guò)DNS解析

優(yōu)點(diǎn)：

1. 應(yīng)用服務(wù)高可用，不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)服務(wù)器出問(wèn)題，整個(gè)站點(diǎn)掛掉
2. 服務(wù)具備高性能
3. 應(yīng)用服務(wù)可以橫向擴(kuò)展

缺點(diǎn)：

1. 數(shù)據(jù)服務(wù)成為瓶頸
2. 運(yùn)維工作增多，維護(hù)成本增加
3. 硬件成本高

讀寫/主從分離架構(gòu)

y應(yīng)用服務(wù)能夠處理海量請(qǐng)求時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)成為性能瓶頸
將數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行讀寫/主從分離，主庫(kù)負(fù)責(zé)寫操作，從庫(kù)負(fù)責(zé)讀操作。主從數(shù)據(jù)庫(kù)使用數(shù)據(jù)同步技術(shù)保證數(shù)據(jù)一致

為什么要讀寫分離？互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般讀多寫少，部署多個(gè)從數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)讀操作，可以有效地提高響應(yīng)速度

但是應(yīng)用服務(wù)如何區(qū)分讀寫請(qǐng)求并將其發(fā)送給不同的數(shù)據(jù)庫(kù)？因此在應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)之間引入一層中間層，該中間層能夠識(shí)別讀寫流量被分流（負(fù)載均衡）給響應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。該中間層對(duì)應(yīng)的軟件：MyCat，TDDL

優(yōu)點(diǎn)：

1. 讀寫分離后，數(shù)據(jù)服務(wù)的讀寫能力都得到提升
2. 數(shù)據(jù)庫(kù)擁有從庫(kù)（備份），可用性（容災(zāi)能力）提升

缺點(diǎn)：

1. 同步服務(wù)延遲高或者掛掉時(shí)，導(dǎo)致讀庫(kù)和寫庫(kù)數(shù)據(jù)不一致
2. 成本進(jìn)一步地增加
3. 熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的頻繁讀取導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載率很高

冷熱分離架構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，20%的數(shù)據(jù)就能應(yīng)對(duì)80%的請(qǐng)求，這些數(shù)據(jù)被稱為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)
對(duì)于熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果能做到更快的讀寫，那么響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)將大大減少
所以引入緩存庫(kù)，將熱度高的數(shù)據(jù)放入緩存庫(kù)中，由應(yīng)用服務(wù)判斷數(shù)據(jù)是否為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)（是否需要訪問(wèn)主從數(shù)據(jù)庫(kù)）
緩存庫(kù)的代表為redis

優(yōu)點(diǎn)：

1. 大幅降低數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)請(qǐng)求，性能提高明顯

缺點(diǎn)：

1. 帶來(lái)了緩存一致性，緩存擊穿，緩存失敗，緩存雪崩等問(wèn)題
2. 成本進(jìn)一步增加
3. 數(shù)據(jù)不斷增多時(shí)，單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的大小太大，查詢速度降低，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)再次成為性能瓶頸

垂直分庫(kù)架構(gòu)

冷熱分離架構(gòu)主要是為了應(yīng)對(duì)更高的請(qǐng)求量，但數(shù)據(jù)服務(wù)器的容量有限，當(dāng)數(shù)據(jù)量越來(lái)越大時(shí)，存儲(chǔ)是一個(gè)問(wèn)題，如何高效地查詢也是一個(gè)問(wèn)題

若庫(kù)太大：將數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行拆分，每個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)一個(gè)/一部分的數(shù)據(jù)庫(kù)（分庫(kù)）
若表太大：將表進(jìn)行水平拆分（分表），將不同表的列屬性進(jìn)行拆分，根據(jù)類型，屬性將字段存儲(chǔ)到不同的數(shù)據(jù)集群中，每個(gè)數(shù)據(jù)集群都有一個(gè)主庫(kù)與多個(gè)從庫(kù)，查詢時(shí)不會(huì)干涉其他從庫(kù)。使用MyCat/TDDL中間件能夠自動(dòng)分庫(kù)/分表

如電商網(wǎng)站將用戶消息，訂單消息，產(chǎn)品消息分割成不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含特定類型的數(shù)據(jù)
典型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)：Greenplum、TiDB、Postgresql XC、HAWQ 等

優(yōu)點(diǎn)：

1. 提高了數(shù)據(jù)吞吐量，數(shù)據(jù)服務(wù)不再是瓶頸
   缺點(diǎn)：
2. 處理事務(wù)的難度增加
3. 數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)耦合，應(yīng)用服務(wù)的修改將導(dǎo)致整體服務(wù)的重新部署

微服務(wù)架構(gòu)

之前的所有架構(gòu)，一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)很多業(yè)務(wù)，這將導(dǎo)致一臺(tái)服務(wù)器的代碼變得復(fù)雜，同時(shí)耦合性增加。為了方便代碼的維護(hù)，需要將負(fù)責(zé)復(fù)雜業(yè)務(wù)的服務(wù)器進(jìn)行拆分，拆分成功能單一的更小的服務(wù)器（微服務(wù)）。同時(shí)將開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行分組，以更好地開(kāi)發(fā)與維護(hù)服務(wù)
微服務(wù)是一種架構(gòu)風(fēng)格，按照業(yè)務(wù)模塊來(lái)劃分代碼使得每個(gè)模塊的職責(zé)更加清晰，相互之間的迭代升級(jí)能夠做到獨(dú)立

之前的架構(gòu)存在的問(wèn)題：

1. 擴(kuò)展性差：修改一點(diǎn)程序就需要重新構(gòu)建代碼
2. 持續(xù)開(kāi)發(fā)困難：重新構(gòu)建代碼導(dǎo)致無(wú)法輕松地發(fā)布版本
3. 不可靠：系統(tǒng)中的一個(gè)功能出現(xiàn)bug，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出問(wèn)題
4. 不靈活：無(wú)法使用不同的技術(shù)構(gòu)建單體應(yīng)用程序
5. 代碼維護(hù)難：功能耦合在一起，難以閱讀

為解決以上問(wèn)題，使用了微服務(wù)架構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：

1. 靈活性高，部署時(shí)彈性大
2. 獨(dú)立擴(kuò)展
3. 提高容錯(cuò)性
4. 容易引入新技術(shù)
5. 功能復(fù)用

缺點(diǎn)：

1. 運(yùn)維復(fù)雜度高：例如環(huán)境沖突問(wèn)題
2. 系統(tǒng)的性能下降：獨(dú)立出來(lái)的每個(gè)模塊需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)的速度比磁盤還慢
3. 處理故障困難：一個(gè)請(qǐng)求困難調(diào)用了多個(gè)微服務(wù)，出錯(cuò)難以定位

容器編排架構(gòu)

借助容器化技術(shù)(docker)將應(yīng)用/服務(wù)打包為鏡像，通過(guò)容器編排工具(如k8s)來(lái)動(dòng)態(tài)方法和部署鏡像，服務(wù)通過(guò)容器化方式運(yùn)行
出現(xiàn)原因：

1. 微服務(wù)拆分太細(xì)，服務(wù)的部署工作量大，配置復(fù)雜容易出錯(cuò)
2. 微服務(wù)之間的運(yùn)行環(huán)境可能沖突，需要更多的資源或者修改配置來(lái)解決沖突

優(yōu)點(diǎn)：

1. 隔離性好：不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境沖突
2. 部署、運(yùn)維簡(jiǎn)單：k8s的容器編排
3. 支持滾動(dòng)更新：版本間的升級(jí)與回滾通過(guò)命令即可完成
   缺點(diǎn)：
4. 技術(shù)棧多，學(xué)習(xí)成本高
5. 服務(wù)器成本高

到了這里，關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)的演進(jìn)（八大架構(gòu)的演進(jìn)過(guò)程）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！