系统架构

系统架构设计描述了在应用系统的内部，如何根据业务、技术、组织、灵活性、可扩展性以及可维护性等多种因素，将应用系统划分成不同的部分，并使这些部分彼此之间相互分工、相互协作、从而为用户提供某种特定的价值的方式。

三层架构

三层架构是指在业务和技术的发展过程中，系统中不同职责的部分被定义在不同的层次，每一层负责的功能更加具体化。三层架构通常包括表示层、业务逻辑层和数据访问层，层与层之间相互连接、相互协作，构成一个整体，并且层的内部可以被替换成其他可以工作的部分，但对整体的影响不大。

1.表示层： 用户使用应用程序时，看到的、听见的、输入的或者交互的部分。
2.业务逻辑层： 根据用户输入的信息，进行逻辑计算或者业务处理的部分。
3.数据访问层： 关注有效地操作原始数据的部分，如将数据存储到存储介质（如数据库、文件系统）及从存储介质中读取数据等。

单块架构

对不同层的代码而言，经过编译、打包和部署后，所有的代码最终还是运行在同一个进程中，就是所谓的单块架构。
优点：
1.易于开发： 开发方式简单，IDE 支持好，方便运行和调试。
2.易于测试： 所有功能运行在一个进程中，一旦进程启动，便可以进行系统测试。
3.易于部署： 只需要将打好的一个软件包发布到服务器即可。
4.易于水平伸缩： 只需要创建一个服务器节点，配置好运行时环境，再将软件包发布到新服务器节点即可运行程序（当然也需要采取分发策略保证请求能有效地分发到新节点）。
缺点：
1.维护成本大： 当应用程序的功能越来越多、团队越来越大时，沟通成本、管理成本显著增加。当出现 bug 时，可能引起 bug 的原因组合越来越多，导致分析、定位和修复的成本增加；并且在对全局功能缺乏深度理解的情况下，容易在修复 bug 时引入新的 bug。
2.持续交付周期长： 构建和部署时间会随着功能的增多而增加，任何细微的修改都会触发部署流水线。
3.新人培养周期长： 新成员了解背景、熟悉业务和配置环境的时间越来越长。
4.技术选型成本高： 单块架构倾向于采用统一的技术平台或方案来解决所有问题，如果后续想引入新的技术或框架，成本和风险都很大。
5.可扩展性差： 随着功能的增加，垂直扩展的成本将会越来越大；而对于水平扩展而言，因为所有代码都运行在同一个进程，没办法做到针对应用程序的部分功能做独立的扩展。

微服务架构特性

1. 单一职责

微服务架构中的每个服务，都是具有业务逻辑的，符合高内聚、低耦合原则以及单一职责原则的单元，不同的服务通过“管道”的方式灵活组合，从而构建出庞大的系统。

2. 轻量级通信

服务之间通过轻量级的通信机制实现互通互联，而所谓的轻量级，通常指语言无关、平台无关的交互方式。

对于轻量级通信的格式而言，我们熟悉的 XML 和 JSON，它们是语言无关、平台无关的；对于通信的协议而言，通常基于 HTTP，能让服务间的通信变得标准化、无状态化。目前大家熟悉的 REST（Representational State Transfer）是实现服务间互相协作的轻量级通信机制之一。使用轻量级通信机制，可以让团队选择更适合的语言、工具或者平台来开发服务本身。

3. 独立性

每个服务在应用交付过程中，独立地开发、测试和部署。

在单块架构中所有功能都在同一个代码库，功能的开发不具有独立性；当不同小组完成多个功能后，需要经过集成和回归测试，测试过程也不具有独立性；当测试完成后，应用被构建成一个包，如果某个功能存在 bug，将导致整个部署失败或者回滚。

在微服务架构中，每个服务都是独立的业务单元，与其他服务高度解耦，只需要改变当前服务本身，就可以完成独立的开发、测试和部署。

4. 进程隔离

单块架构中，整个系统运行在同一个进程中，当应用进行部署时，必须停掉当前正在运行的应用，部署完成后再重启进程，无法做到独立部署。

有时候我们会将重复的代码抽取出来封装成组件，在单块架构中，组件通常的形态叫做共享库（如 jar 包或者 DLL），但是当程序运行时，所有组件最终也会被加载到同一进程中运行。

在微服务架构中，应用程序由多个服务组成，每个服务都是高度自治的独立业务实体，可以运行在独立的进程中，不同的服务能非常容易地部署到不同的主机上。

理论上所有服务可以部署在同一个服务器节点，但是并不推荐这么做，因为微服务架构的主旨就是高度自治和高度隔离。

与SOA(面向服务的架构)的区别

640.png

微服务本质

1. 服务作为组件

微服务也可以被认为是一种组件，但是跟传统组件的区别在于它可以独立部署，因此它的一个显著的优势。另外一个优点是，它在组件与组件之间定义了清晰的、语言无关、平台无关的规范接口，耦合度低，灵活性非常高。但它的不足之处是，分布式调用严重依赖于网络的可靠性和稳定性。

2. 围绕业务组织团队

在单块架构中，企业一般会根据技能划分团队，在这种组织架构下，即便是简单的需求变更都有可能需要跨团队协作，沟通成本很高。而在微服务架构中，它提倡以业务为核心，按照业务能力来组织团队，团队中的成员具有多样性的技能。

3. 关注产品而非项目

在单块架构中，应用基本上是基于“项目模式”构建的，即项目启动时从不同技能资源池中抽取相关资源组成团队，项目结束后释放所有资源。这种情况下团队成员缺乏主人翁意识和产品成就感。

在微服务架构中，提倡采用“产品模式”构建，即更倾向于让团队负责整个服务的生命周期，以便提供更优质的服务。

4. 技术多样性

微服务架构中，提倡针对不同的业务特征选择合适的技术方案，有针对性的解决具体业务问题，而不是像单块架构中采用统一的平台或技术来解决所有问题。

5. 业务数据独立

随着业务的发展，可以方便地选择更合的工具管理或者迁移业务数据。

6. 基础设施自动化

微服务架构提供自主管理其相关的业务数据，这样可以随着业务的发展提供数据接口集成，而不是以数据库的方式同其他服务集成。另外，在微服务架构的实践过程中，对持续交付和部署流水线的要求很高，将促进企业不断寻找更高效的方式完成基础设施的自动化及 DevOps 运维能力的提升

缺点

1. 分布式系统的复杂性

微服务架构是基于分布式的系统，而构建分布式系统必然会带来额外的开销。

1.性能： 分布式系统是跨进程、跨网络的调用，受网络延迟和带宽的影响。
2.可靠性： 由于高度依赖于网络状况，任何一次的远程调用都有可能失败，随着服务的增多还会出现更多的潜在故障点。因此，如何提高系统的可靠性、降低因网络引起的故障率，是系统构建的一大挑战。
3.异步： 异步通信大大增加了功能实现的复杂度，并且伴随着定位难、调试难等问题。
4.数据一致性： 要保证分布式系统的数据强一致性，成本是非常高的，需要在 C（一致性）A（可用性）P（分区容错性） 三者之间做出权衡。

2. 运维成本

运维主要包括配置、部署、监控与告警和日志收集四大方面。微服务架构中，每个服务都需要独立地配置、部署、监控和收集日志，成本呈指数级增长

3. 自动化部署

在微服务架构中，每个服务都独立部署，交付周期短且频率高，人工部署已经无法适应业务的快速变化。因此如何有效地构建自动化部署体系，是微服务面临的另一个挑战。

4. DevOps 与组织架构

在微服务架构的实施过程中，开发人员和运维人员的角色发生了变化，开发者将承担起整个服务的生命周期的责任，包括部署和监控；而运维则更倾向于顾问式的角色，尽早考虑服务如何部署。因此，按需调整组织架构、构建全功能的团队，也是一个不小的挑战。

5. 服务间的依赖测试

单块架构中，通常使用集成测试来验证依赖是否正常。而在微服务架构中，服务数量众多，每个服务都是独立的业务单元，服务主要通过接口进行交互，如何保证依赖的正常，是测试面临的主要挑战。

6. 服务间的依赖管理

微服务架构中，服务数量众多，如何清晰有效地展示服务间的依赖关系也是个不小的挑战。
微服务的落地需要经过全面的考察和完善的试验，并不是每个场景都适合使用微服务架构，也不是每个企业都有能力或者精力去面对这些挑战。