Java分布式系統(tǒng)框架教程,架構(gòu)設(shè)計

一.主流架構(gòu)模型SOA架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)

　　SOA架構(gòu)

　　SOA全稱（ServiceOrientedArchitecture）中文意思為面相服務(wù)的架構(gòu)，他是一種設(shè)計方法，輕重包含多個服務(wù)，服務(wù)之間通過相互依賴最終提供一系列的功能，一個服務(wù)通常以獨(dú)立的形式存在與操作系統(tǒng)進(jìn)程中，各個服務(wù)之間通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，

　　跟SOA相提并論的還有ESB（企業(yè)服務(wù)總線），簡單來說ESB就是管道，鏈接各個服務(wù)節(jié)點，為了集成不同系統(tǒng)和不同協(xié)議，ESB做消息的轉(zhuǎn)化解釋和路由的工作。讓不同的服務(wù)連通。

　　系統(tǒng)初期

　　系統(tǒng)后期

　　SOA架構(gòu)，使用ESB

　　SOA解決的問題

　　1.系統(tǒng)集成，站在系統(tǒng)的角度，解決企業(yè)系統(tǒng)間的通信問題，把原先散亂無規(guī)劃的系統(tǒng)間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，梳理成規(guī)劃，可治理的系統(tǒng)間星型結(jié)構(gòu)。這一步需要引入一些產(chǎn)品，例如ESB，以及技術(shù)規(guī)范，服務(wù)管理規(guī)范，這一步解決的核心問題是有序

　　2，系統(tǒng)的服務(wù)化，站在功能的角度，把業(yè)務(wù)邏輯抽象成可復(fù)用可組裝的服務(wù)，通過服務(wù)的編排和實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速再生，目的：把原先固有的業(yè)務(wù)功能變?yōu)橥ㄓ玫臉I(yè)務(wù)服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的快速復(fù)用，這步解決的核心問題是復(fù)用

　　3，業(yè)務(wù)的服務(wù)化,站在企業(yè)的角度，把企業(yè)只能抽象成可復(fù)用可組裝的服務(wù)，把原先職能化的企業(yè)架構(gòu)轉(zhuǎn)為變?yōu)榉?wù)花的企業(yè)架構(gòu)，進(jìn)一步提升企業(yè)的對外服務(wù)能力，前兩步都是技術(shù)層面來解決系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)功能復(fù)用的問題，第三步則是以業(yè)務(wù)驅(qū)動把一個業(yè)務(wù)單元封裝成一項服務(wù)，這一步解決的核心問題是高效。

　　微服務(wù)架構(gòu)

　　微服務(wù)架構(gòu)和SOA架構(gòu)類似，微服務(wù)架構(gòu)是在SOA上做的升華，微服務(wù)架構(gòu)強(qiáng)調(diào)的一個重點是“業(yè)務(wù)需要徹底的組件化和服務(wù)化”，原有的單個業(yè)務(wù)系統(tǒng)會拆分為多個可以獨(dú)立開發(fā)設(shè)計運(yùn)行的小應(yīng)用。這些小應(yīng)用之間通過服務(wù)完成交互和集成。

　　組件表示一個可以獨(dú)立更換和升級的單元，像PC機(jī)中的CPU內(nèi)存，顯卡等獨(dú)立且可以更換升級而不影響其他單元，如果我們把PC機(jī)作為組件以服務(wù)的方式構(gòu)建，那么這臺PC只需要維護(hù)主板和一些必要的外部設(shè)備，CPU，內(nèi)存，硬盤都是以組件方式提供服務(wù)，PC需要調(diào)用CPU做計算機(jī)處理，只需要知道CPU這個組件的地址即可。

　　微服務(wù)特征

　　1.通過服務(wù)實現(xiàn)組件化

　　2.按業(yè)務(wù)能力來劃分服務(wù)和開發(fā)團(tuán)隊

　　3.去中心化

　　4,基礎(chǔ)設(shè)施自動化（devops,自動化部署）

　　SOA架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)的區(qū)別

　　1，微服務(wù)不在強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)的SOA架構(gòu)里面比較重的ESB企業(yè)服務(wù)總線，同時SOA的思想進(jìn)入到單個業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)真正的組件化。

　　2，Docker容器技術(shù)的出現(xiàn)，為微服務(wù)提供了便利的條件，比如更小的部署單元，每個服務(wù)都可以通過類似的Node或者Springboot等技術(shù)跑在自己的進(jìn)程中，

　　3，SOA注重的系統(tǒng)集成方面，而微服務(wù)關(guān)注的是完全分離

　　二.分布式架構(gòu)的基本理論CAP，base以及應(yīng)用

　　首先了解下一致性的問題

　　強(qiáng)一致性：

　　以客戶端的角度來看，多并發(fā)訪問時更新過的數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)能被后續(xù)的訪問看到，就是強(qiáng)一致性，例如數(shù)據(jù)庫的事務(wù)

　　弱一致性：

　　以客戶端的角度來看，多并發(fā)訪問時更新過的數(shù)據(jù)，如果能容忍后續(xù)的訪問可以看到部分或者全部看不到，這就是弱一致性，例如：銀行轉(zhuǎn)賬（一般是兩小時或者24小時內(nèi)到賬）

　　最終一致性

　　以客戶端的角度來看，多并發(fā)訪問時更新過的數(shù)據(jù)，如果經(jīng)過一段時間后要求能訪問到更新后的數(shù)據(jù)，這就是最終一致性，例如：銀行轉(zhuǎn)賬（一般是兩小時或者24小時內(nèi)到賬）

　　最終一致性是弱一致性的一個特例，是若一致性中非常推崇的一種一致性模型，也是業(yè)界在大型分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性上比較用的多的模型

　　cap原理中，有三個要素

　　一致性(Consistency)

　　可用性(Availability)

　　分區(qū)容忍性(Partitiontolerance)

　　CAP原理指的是這三個要素最多只能同時實現(xiàn)兩點，不能三者兼顧，因此在設(shè)計分布式系統(tǒng)架構(gòu)時，必須做出取舍，而對于分布式系統(tǒng)分區(qū)容忍性是最基本要求，否則就失去價值，因此設(shè)計分布式系統(tǒng)，就是在一致性C和可用性A中去一個平衡，對于大多數(shù)web應(yīng)用，其實并不需要強(qiáng)一致性，因此犧牲一致性而換取高可用性，是目前多數(shù)分布式系統(tǒng)設(shè)計的方向。

　　一致性：所有節(jié)點上的數(shù)據(jù)時刻保持同步

　　可用性：每個請求都能接受一個相應(yīng)，無論響應(yīng)成功或失敗

　　分區(qū)容錯：系統(tǒng)應(yīng)該持續(xù)提供服務(wù)，即使系統(tǒng)內(nèi)部（某個節(jié)點分區(qū)）有消息丟失。比如交換機(jī)失敗，網(wǎng)址網(wǎng)絡(luò)被分成幾個子網(wǎng)，形成腦裂，服務(wù)器發(fā)生網(wǎng)絡(luò)延遲或死機(jī)，導(dǎo)致某些server與集群中的其他機(jī)器失去聯(lián)系。

　　CAP并不是一個普適性的原理和知道思想，他僅僅使用于原子讀寫的NoSql場景中，并不適用于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　base理論

　　從前面的分析中知道，在分布式系統(tǒng)下，CAP并不適合數(shù)據(jù)庫事務(wù)（因為更新一些錯誤的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致失敗，無論使用什么樣的高可用方案都是徒勞，因為數(shù)據(jù)發(fā)生了無法修正的錯誤）。此外XA事務(wù)（）雖然保證了數(shù)據(jù)庫在分布式系統(tǒng)下的ACID（原子性，一致性，隔離性，持久性）特性，但也帶來了性能的代價，對于并發(fā)和響應(yīng)時間要求比較高的電商平臺來說，很難接受的。

　　eBay嘗試了另外一條完全不同的路，放寬了數(shù)據(jù)庫事務(wù)的ACID的要求，提出一套名為base的新準(zhǔn)則。base全稱是Basicallyavailablesoft-stateEventuallyConsistent系統(tǒng)基本可用軟狀態(tài)數(shù)據(jù)最終一致性，相對CAP來說，他大大的降低了我們對系統(tǒng)的要求。

　　Basicallyavailable（基本可用），在分布式系統(tǒng)出現(xiàn)不可預(yù)知的故障時，允許瞬時部分可用性

　　1.比如我們在淘寶上搜索商品，正常情況下是在0.5s內(nèi)返回查詢結(jié)果，但是由于后端的系統(tǒng)故障導(dǎo)致查詢響應(yīng)時間變成了2s

　　2.再比如數(shù)據(jù)庫采用分片模式，100W個用戶數(shù)據(jù)分在5個數(shù)據(jù)庫實例上，如果破壞了一個實例，那么可用性還有80%，也就是80%的用戶都可以登錄，系統(tǒng)仍然可用做技術(shù)人的指路明燈，做職場生涯的精神導(dǎo)師

　　3.電商大促時，為了應(yīng)對訪問量激增，部分用戶可能會被引導(dǎo)到降級頁面，服務(wù)層也可能只提供降級服務(wù)。這就是損失部分可用性的體現(xiàn)

　　soft-state（軟狀態(tài)）.表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在中間狀態(tài)，并且這個中間狀態(tài)的存在不會影響系統(tǒng)的整體可用性，也就是表示系統(tǒng)允許在不同節(jié)點的數(shù)據(jù)副本之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步過程中存在延時；比如訂單狀態(tài)，有一個待支付、支付中、支付成功、支付失敗，那么支付中就是一個中間狀態(tài)，這個中間狀態(tài)在支付成功以后，在支付表中的狀態(tài)同步給訂單狀態(tài)之前，中間會存在一個時間內(nèi)的不一致。

　　Eventuallyconsistent（數(shù)據(jù)的最終一致性），表示的是所有數(shù)據(jù)副本在一段時間的同步后最終都能達(dá)到一個一直的狀態(tài)，因此最終一致性的本質(zhì)是要保證數(shù)據(jù)最終達(dá)到一直，而不需要實時保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致

　　base理論的核心思想是：即使無法做到強(qiáng)一致性，但每個應(yīng)用都可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)特點，采用適當(dāng)?shù)姆绞絹硎瓜到y(tǒng)達(dá)到最終一致性

　　什么是分布式架構(gòu)下的高可用設(shè)計

　　1，避免單點故障

　　a。負(fù)載均衡技術(shù)（failover，選址，硬件負(fù)載，軟件負(fù)載，去中心化負(fù)載（gossip（redis-cluster））

　　b。熱備linuxHA

　　c。多機(jī)房（同城災(zāi)備，異地災(zāi)備）

　　2，應(yīng)用的高可用

　　a。故障監(jiān)控（系統(tǒng)監(jiān)控（cpu，內(nèi)存）、鏈路監(jiān)控、日志監(jiān)控）自動預(yù)警

　　b。應(yīng)用的容錯設(shè)計（服務(wù)降級，限流）自我保護(hù)能力

　　c。數(shù)據(jù)量（數(shù)據(jù)分片，讀寫分離）

　　分布式架構(gòu)下的可伸縮設(shè)計

　　垂直伸縮提升硬件能力

　　水平伸縮增加服務(wù)節(jié)點（服務(wù)器）

　　加速靜態(tài)內(nèi)容訪問速度的CDN

　　cdn是ContentDeliveryNetwork的縮寫，表示的事內(nèi)容的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，CDN的作用是把用戶需要的內(nèi)容分發(fā)到離用戶最近的地方，這樣可以是用戶能夠快速獲取所需要的內(nèi)容。CDN其實就是一種網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)，能夠把一些相對穩(wěn)定的資源放到距離用戶最近的地方，一方面節(jié)省整個廣域網(wǎng)的帶寬消耗，另一方面可以提升用戶的訪問速度，改進(jìn)用戶的體驗，一般會把靜態(tài)資源文件（圖片，腳本，靜態(tài)頁面等)存放在CDN中

　　1.當(dāng)用戶訪問網(wǎng)站時，URL經(jīng)過本地DNS解析，DNS系統(tǒng)會最終將域名的解析權(quán)交割CNAME指向的CDN專用DNS服務(wù)器

　　2.CDN的DNS服務(wù)器將CDN的全局負(fù)載均衡設(shè)備ip地址放回用戶

　　3，用戶想CDN的全局負(fù)載均衡設(shè)備泛起內(nèi)容URL訪問請求

　　4，CDN全局負(fù)載均衡設(shè)備根據(jù)用戶IP地址，以及用戶請求的內(nèi)容URL選在一臺用戶所屬區(qū)域的區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備，告訴用戶向這臺設(shè)備發(fā)起請求

　　5.區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備為用戶選擇一臺合適的緩存服務(wù)器提供服務(wù)，選擇的依據(jù)包括：根據(jù)IP地址，判斷一臺服務(wù)器距離用戶最近

　　根據(jù)用戶所請求的URL中攜帶的內(nèi)容名稱，判斷那一臺服務(wù)器上有用戶所需要的內(nèi)容，查詢各個服務(wù)器當(dāng)前的負(fù)載狀況，判斷那一臺服務(wù)器尚有服務(wù)能力，基于上述條件綜合分析之后，區(qū)域負(fù)載均衡設(shè)備會向全局負(fù)載均衡設(shè)備返回一臺緩存服務(wù)器的IP地址

　　6.全局負(fù)載均衡設(shè)備會把服務(wù)器的IP返回給用戶

　　用戶向緩存服務(wù)器發(fā)起請求，緩存服務(wù)器響應(yīng)用戶請求，將用戶所需內(nèi)容傳送到用戶終端，如果這臺緩存服務(wù)器上并沒有用戶想要的內(nèi)容，而區(qū)域均衡設(shè)備依然將他分配給用戶，那么這臺服務(wù)器就要向她的上一級緩存服務(wù)器請求內(nèi)容，直至追溯到網(wǎng)站的源服務(wù)器將內(nèi)容拉到本地。

　　什么情況下使用CDN

　　最適合那些不會經(jīng)常變化的內(nèi)容，比如圖片js文件css

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