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news 2025/10/22 21:20:19

互联网站建设机构,网站页面模板,做网站打广告图片素材,知科网站本文已经收录到Github仓库#xff0c;该仓库包含计算机基础、Java基础、多线程、JVM、数据库、Redis、Spring、Mybatis、SpringMVC、SpringBoot、分布式、微服务、设计模式、架构、校招社招分享等核心知识点#xff0c;欢迎star~ Github地址如果访问不了Github#xff0c…本文已经收录到Github仓库该仓库包含计算机基础、Java基础、多线程、JVM、数据库、Redis、Spring、Mybatis、SpringMVC、SpringBoot、分布式、微服务、设计模式、架构、校招社招分享等核心知识点欢迎star~ Github地址如果访问不了Github可以访问gitee地址。 gitee地址分享一些工作中会用到的一些架构方面的设计模式。总体而言共有八种分别是单库单应用模式最简单的可能大家都见过内容分发模式目前用的比较多查询分离模式对于大并发的查询、业务微服务模式适用于复杂的业务模式的拆解多级缓存模式可以把缓存玩的很好分库分表模式解决单机数据库瓶颈弹性伸缩模式解决波峰波谷业务流量不均匀的方法之一多机房模式解决高可用、高性能的一种方法三、单库单应用模式这是最简单的一种设计模式我们的大部分本科毕业设计、一些小的应用基本上都是这种模式这种模式的一般设计见下图最全面的Java面试网站如上图所示这种模式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过业务层完成的所有的数据也都是存储在一个数据库中的好一点会有数据库的同步。虽然简单但是也并不是一无是处。优点结构简单、开发速度快、实现简单可用于产品的第一版等有原型验证需求、用户少的设计。缺点性能差、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。四、内容分发模式基本上所有的大型的网站都有或多或少的采用这一种设计模式常见的应用场景是使用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。这种模式的一般设计见下图如上图所示这种模式较单库单应用模式多了一个CDN、一个云存储OSS(七牛、又拍等雷同)。一个典型的应用流程(以用户上传、查看图片需求为例)如下上传的时候用户选择本地机器上的一个图片进行上传程序会把这个图片上传到云存储OSS上并返回该图片的一个URL程序把这个URL字符串存储在业务数据库中上传完成。查看的时候程序从业务数据库得到该图片的URL程序通过DNS查询这个URL的图片服务器智能DNS会解析这个URL得到与用户最近的服务器(或集群)的地址A然后把服务器A上的图片返回给程序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它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OSSCDN的价格还是稍微有些贵(虽然已经降价好几次了)只适用于中小规模的应用另外由于网络传输的延迟、CDN的同步策略等会有一些一致性、更新慢方面的问题。五、查询分离模式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响应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。这个可以说是单库单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。这种模式的一般设计见下图如上图所示这种模式较单库单应用模式与内容分发模式多了几个部分一个是业务数据库的主从分离一个是引入了ES为什么要这样都解决了哪些痛点下面具体结合业务需求场景进行叙述。场景一全文关键词检索我想这个需求绝大多数应用都会有如果使用传统的数据库技术大部分可能都会使用like这种SQL语句高级一点可能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。这里的ES是ElasticSearch的缩写是一种查询引擎类似的还有Solr等都差不多的技术ES较Solr配置简单、使用方便所以这里选用了它。另外ES支持横向扩展理论上没有性能的瓶颈。同时还支持各种插件、自定义分词器等可扩展性较强。在这里使用ES不仅可以替代数据库完成全文检索功能还可以实现诸如分页、排序、分组、分面等功能。具体的请同学们自行学习之。那怎么使用呢一个一般的流程是这样的服务端把一条业务数据落库服务端异步把该条数据发送到ESES把该条记录按照规则、配置放入自己的索引库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装、组合数据返回给客户端实际中怎么用还请同学们根据实际情况做组合、取舍。场景二大量的普通查询这个场景是指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一下余额根据用户的ID查询用户的记录取得该用户最新的一条取钱记录等。我们肯定是要天天要用的而且用的还非常多。同时呢我们的写入请求也是非常多的导致大量的写入、查询操作压向同一数据库然后数据库挂了系统挂了领导生气了被开除了还不起房贷了露宿街头了老婆跟别人跑了… 不敢想所以要求我们必须分散数据库的压力一个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从库。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。可谓是一剂良药啊那怎么使用呢一个一般的流程是这样的服务端把一条业务数据落库数据库同步或异步或半同步把该条数据复制到从库服务端读数据的时候直接去从库读相应的数据比较简单吧一些聪明的、爱思考的、上进的同学可能发现问题了也包括上面介绍的场景一就是延迟问题如数据还没有到从库我就马上读那么是读不到的会发生问题的。对于这个问题各家公司解决的思路不一样方法不尽相同。一个普遍的解决方案是读不到就读主库当然这么说也是有前提条件的但具体的方案这里就不一一展开了我可能会在接下来的分享中详解各种方案。另外关于数据库的复制模式还请同学们自行学习太多了这里说不清。该总结一下这种模式的优缺点的了如下优点减少数据库的压力理论上提供无限高的读性能间接提高业务(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。六、微服务模式上面的模式看似不错解决了性能问题我可以不用露宿街头了、老婆还是我的哈哈。但是软件系统天生的复杂性决定了除了性能还有其他诸如高可用、健壮性等大量问题等待我们解决再加上各个部门间的撕逼、扯皮更让我们码农雪上加霜所以继续吧… 微服务模式可以说是最近的热点花花绿绿、大大小小、国内国外的公司都在鼓吹实践这个模式可是大部分都没有弄清楚为什么要这么做也并不知道这么做有什么好处、坏处在这里我将以我自己的亲身实践说一下我对这个模式的看法不喜勿喷随着业务与人员的增加遇到了如下的问题单机数据库写请求量大量增加导致数据库压力变大数据库一旦挂了那么整个业务都挂了业务代码越来越多都在一个GIT里越来越难以维护代码腐化严重、臭味越来越浓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要重新编译部门越来越多该哪个部门改动大项目中的哪个东西撕逼的厉害其他一些外围系统直接连接数据库导致一旦数据库结构发生变化所有的相关系统都要通知甚至对修改不敏感的系统也要通知每个应用服务器需要开通所有的权限、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作为架构师我已经失去了对这个系统的把控… 为了解决上述问题我司使用了微服务模式这种模式的一般设计见下图如上图所示我把业务分块做了垂直切分切成一个个独立的系统每个系统各自衍化有自己的库、缓存、ES等辅助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。那么这么做是否真的解决上述问题了呢不玩虚的一个个来说。对于问题一由于拆分成了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以数据库的压力变小。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的功能不可用从而解决一个数据库挂了导致所有功能不可用的问题。问题三、四也因为拆分得到了解决各个子系统有自己独立的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。问题五子系统A发生改变需要上线那么我只需要编译A然后上线就可以了不需要其他系统做同样的事情。问题六顺应了康威定律我部门该干什么事、输出什么也通过服务的形式暴露出来我部只管把我部的职责、软件功能做好就可以。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即可新的需求增加新的接口不会影响老的接口。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。问题九暂时控制住了复杂性我只需控制好大的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。目前来说所有问题得到解决bingo! 但是还有许多其他的副作用会随之产生如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里就不展开来讲了太多了一本书都讲不完。另外对于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。实践中一个较为可行的方法是能不分就不分除非有非常必要的理由。优点相对高性能可扩展性强高可用适合于中等以上规模公司架构。缺点复杂、度不好把握。指不仅需要一个能在高层把控大方向、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七、多级缓存模式这个模式可以说是应对超高查询压力的一种普遍采用的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如下图所示最全面的Java面试网站如上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下面分别介绍。客户端处缓存这个地方加缓存可以说是效果最好的—无延迟。因为不用经过长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展开来学习。如果客户端缓存没有命中那么就会去后端业务拿数据一般来讲都会有个API网关在这里加缓存也是非常有必要的。 API网关处缓存这个地方加缓存的好处是不用把请求发送到后方直接在这里就处理了然后返回给请求者。常见的技术如http请求API网关用的基本都是nginx可以使用nginx本身的缓存模块也可以使用LuaRedis技术定制化。其他的也都大同小异。后端业务处这个我想就不用多说了大家应该差不多都知道什么Redis,Memcache,Jvm内等等不熬述了。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压力、减少占用带宽、增强用户体验。至于是否只有这三个地方加缓存我觉得要活学活用**心法比剑法重要**总结一下这个模式的优缺点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。八、分库分表模式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过程中的必经之路。这种模式的一般设计见下图如上图所示红色部分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者虚拟机有自己的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是由物理机主机提供的所以在这里分是最基本的毕竟没有可用的计算资源怎么分效果都不是太好的。实例实例控制着连接数同时受OS限制CPU、内存、硬盘、网络IO也会受间接影响。会出现热实例的现象即有些实例特别忙有些实例非常的空闲。一个典型的现象是由于单表反应慢导致连接池被打满所有其他的业务都受影响了。这时候把表分到不同的实例是有一些效果的。库一般是由于单库中最大单表数量的限制才采取分库。表单表压力过大索引量大容量大单表的锁。据以上把单表水平切分成不同的表。大型应用中都是一台主机上只有一个实例一个实例中只有一个库库实例主机所以才有了分库分表这个简称。既然知道了基本理论那么具体是怎么做的呢逻辑是怎么跑的呢接下来以一个例子来讲解一下。这个需求很简单用户表(user)单表数据量1亿查询、插入、存储都出现了问题怎么办呢首先分析问题这个明显是由于数据量太大了而导致的问题。其次设计方案可以分为10个库这样每个库的数据量就降到了1KW单表1KW数据量还是有些大而且不利于以后量的增长所以每个库再分100个表这个每个单表数据量就为10W了对于查询、索引更新、单表文件大小、打开速度都有一些益处。接下来给IT部门打电话要10台物理机扩展数据库… 最后逻辑实现这里应该是最有学问的地方。首先是写入数据需要知道写到哪个分库分表中读也是一样的所以需要有个请求路由层负责把请求分发、转换到不同的库表中一般有路由规则的概念。怎么样简单吧哈哈too 那义务。说说这个模式的问题主要是带来了事务上的问题因为分库分表事务完成不了而分布式事务又太笨重所以这里需要有一定的策略保证在这种情况下事务能够完成。采取的策略如最终一致性、复制、特殊设计等。再有就是业务代码的改造一些关联查询要改造一些单表orderBy的问题需要特殊处理也包括groupBy语句如何解决这些副作用不是一句两句能说清楚的以后有时间我单独讲讲这些。该总结一下这种模式的优缺点的了如下优点减少数据库单表的压力。缺点事务保证困难、业务逻辑需要做大量改造。九、弹性伸缩模式这种模式主要解决突发流量的到来导致无法横向扩展或者横向扩展太慢进而影响业务全站崩溃的问题。这个模式是一种相对来说比较高级的技术也是各个大公司目前都在研究、试用的技术。截至今日有这种思想的架构师就已经是很不错了能够拿到较高薪资更别提那些已经实践过的甚至实现了底层系统的那些所以你懂得… 这种模式的一般设计见下图如上图所示多了一个弹性伸缩服务用来动态的增加、减少实例。原理上非常简单但是这个模式到底解决什么问题呢先说说由来和意义。每年的双11、六一八或者一些大促到来之前我们都会为大流量的到来做以下几个方面的工作: 提前准备10倍甚至更多的机器即使用不上也要放在那里备着以防万一。这样浪费了大量的资源。每台机器配置、调试、引流以便让所有的机器都可用。这样浪费了大量的人力、物力更容易出错。如果机器准备不充分那么还要加班加点的重复上面的工作。这样做特别容易出错引来领导的不满没时间回家陪老婆然后你的老婆就…(自己想) 在双十一之后我们还要人工做缩容非常的辛苦。一般一年中会有多次促销那么我们就会一直这样实在是烦最严重的突然间的大流量爆发会让我们触不及防半夜起来扩容是在正常不过的事情为此我们偷懒起来要更多的机器备着也就出现了大量的cpu利用率为1%的机器。我相信如果你是老板一定很震惊吧哈哈那么如何改变这种情况呢请接着看为此首先把所有的计算资源整合成资源池的概念然后通过一些策略、监控、服务动态的从资源池中获取资源用完后在放回到池子中供其他系统使用。具体实现上比较成熟的两种资源池方案是VM、docker每个都有着自己强大的生态。监控的点有CPU、内存、硬盘、网络IO、服务质量等根据这些在配合一些预留、扩张、收缩策略就可以简单的实现自动伸缩。怎么样是不是很神奇深入的内容我们会在的码农原创的公众号文章中详细介绍。该总结一下这种模式的优缺点的了如下优点弹性、随需计算充分优化企业计算资源。缺点应用要从架构层做到可横向扩展化改造、依赖的底层配套比较多对技术水平、实力、应用规模要求较高。十、多机房模式这种模式主要解决不同地区高性能、高可用的问题。随着应用用户不断的增加用户群体分布在全球各地如果把服务器部署在一个地方一个机房比如北京那么美国的用户使用应用的时候就会特别慢因为每一个请求都需要通过海底光缆走上个那么一秒钟(预估)左右这样对用户体验及其不好。怎么办使用多机房部署。这种模式的一般设计见下图如上图所示一个典型的用户请求流程如下用户请求一个链接A 通过DNS智能解析到离用户最近的机房B 使用B机房服务链接A 是不是觉得很简单没啥其实这里面的问题没有表面这么简单下面一一道来。首先是数据同步问题在中国产生的数据要同步到美国美国的也一样数据同步就会涉及数据版本、一致性、更新丢弃、删除等问题。其次是一地多机房的请求路由问题典型的是如上图中国的北京机房和杭州机房如果北京机房挂了那么要能够通过路由把所有发往北京机房的请求转发到杭州机房。异地也存在这个问题。所以多机房模式也就是异地多活并不是那么的简单这里只是起了个头具体的有哪些坑会在另一篇文章中介绍。该总结一下这种模式的优缺点的了如下优点高可用、高性能、异地多活。缺点数据同步、数据一致性、请求路由。至此整个关于八种架构设计模式及其优缺点概述就介绍完了大约1W字左右。最后我想说的是没有银弹、灵活运用共勉参考链接https://juejin.cn/post/6844904007438172167 最后给大家分享一个Github仓库上面有大彬整理的300多本经典的计算机书籍PDF包括C语言、C、Java、Python、前端、数据库、操作系统、计算机网络、数据结构和算法、机器学习、编程人生等可以star一下下次找书直接在上面搜索仓库持续更新中~ Github地址
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