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可靠性#xff1a;系统能够持续稳定运行#xff0c;保证业务可用性。可伸缩性#xff1a;系统能够根据负载变化自动扩展或收缩#xff0c;以应对不同的流量需求。容…1. 系统架构目标与设计原则
在设计系统架构时我们的目标是确保系统具有以下特点
可靠性系统能够持续稳定运行保证业务可用性。可伸缩性系统能够根据负载变化自动扩展或收缩以应对不同的流量需求。容错性系统能够在部分组件失败时保持整体功能的正常运行。易于维护系统的组件之间高内聚、低耦合易于定位和解决问题。可扩展性系统架构应该具备良好的可扩展性能够支持系统在业务增长和用户规模扩大的情况下进行无缝扩展。这包括水平扩展和垂直扩展两种方式。成本效益系统架构设计需要在满足需求的前提下尽可能降低成本包括硬件成本、开发成本、运维成本等方面以提高系统的经济效益。适应性系统架构设计需要考虑未来业务发展的变化能够灵活应对新的需求和技术变革保持系统的持续适应性。标准化系统架构设计应当遵循相关的标准和最佳实践包括编码规范、安全标准、数据管理规范等以确保系统的质量和一致性。
2. 关键概念
在系统架构设计中我们采用了以下关键概念
微服务架构将系统拆分为多个独立的微服务每个微服务专注于特定功能通过API进行通信。容器化部署使用Docker容器将每个微服务打包成独立的部署单元实现快速部署和扩展。云原生技术利用Kubernetes等容器编排工具管理和编排容器实现自动化部署、弹性伸缩和故障恢复。技术架构技术架构包括硬件架构和软件架构主要关注系统的技术组成和技术选型。在此层面上常见的架构包括单层架构、分层架构、微服务架构等。 例如
数据架构数据架构定义了系统中数据的组织结构、存储方式和管理规则。在数据架构中常见的架构包括数据库架构、数据仓库架构、数据湖架构等。
例如
安全架构安全架构关注系统的安全性设计和实施包括身份认证、权限控制、数据加密、漏洞防护等内容。常见的安全架构包括网络安全架构、应用安全架构、数据安全架构等。
例如 业务架构业务架构定义了系统中的业务目标、业务流程、业务规则等内容确保系统能够有效地支持业务需求。在业务架构中常见的架构包括业务流程架构、业务规则架构、业务模型架构等。 例如 部署架构部署架构定义了系统的部署方式、服务器配置、资源管理策略等内容以支持系统的稳定运行和高可用性。在部署架构中常见的架构包括云架构、容器化架构、集群架构等。
例如 软件架构软件架构定义了系统中各个软件模块的组织结构、通信方式和交互规则以支持系统的功能实现和模块化开发。在软件架构中常见的架构包括MVC架构、REST架构、事件驱动架构等。
例如
信息架构信息架构定义了系统中的信息组织结构、数据流和信息交互方式以支持系统对信息的管理和利用。在信息架构中常见的架构包括数据模型架构、信息流程架构、数据治理架构等。
例如
3. 技术选择
在构建系统架构时我们选择了以下关键技术
语言和框架后端使用Node.js和Express框架开发微服务前端使用React构建用户界面。数据存储使用Mysql,PG,MongoDB等作为主要数据库存储数据Redis用于缓存。消息队列使用Kafka作为消息队列实现微服务之间的异步通信。监控与日志使用Prometheus进行指标监控ELK Stack进行日志收集和分析。
4. 设计决策
在系统架构设计过程中我们做出了以下设计决策
异步通信微服务之间采用异步消息通信提高系统的响应速度和稳定性。水平扩展通过Kubernetes实现自动化扩展根据负载情况动态调整服务副本数量。安全设计采用OAuth2进行认证和授权使用SSL加密保护数据传输安全。
5. 主流系统架构
主流系统架构有许多种几种常见的系统架构以及它们的特点和应用场景包括
5.1. Monolithic 架构
特点整个应用作为一个单一单元部署和管理前后端通常耦合在一起。应用场景小型应用、快速原型开发、初创公司产品。 5.2. 微服务架构
特点将应用拆分为一组小型、自治的服务每个服务都围绕着特定业务功能构建。应用场景大型复杂系统、需要弹性伸缩、不同团队协作开发。 5.3. Serverless 架构
特点无需管理服务器按需付费函数级别的计算。应用场景事件驱动架构、短期任务处理、无服务器管理负担。 5.4. 分布式系统架构
特点系统分布在多台计算机上通过网络协作完成任务可提高系统可扩展性和容错性。应用场景大数据处理、云计算、物联网。 5.5. 事件驱动架构
特点基于事件进行系统集成和通信实现松耦合、异步处理。应用场景实时数据处理、消息队列系统、物联网应用。 架构架构特点架构优势架构缺点架构先进性架构主流应用场景市场技术实现难度可扩展性未来优化方向微服务架构将一个应用程序设计为一组小型、自治的服务弹性伸缩、独立部署、技术多样性分布式系统复杂性、服务间通信开销高电商、金融、互联网行业中等高自动化运维、服务治理Serverless 架构无需管理服务器按需付费节约成本、自动扩展、无服务器管理负担冷启动延迟、限制性较强高云计算服务提供商、新兴创业公司低高支持更多编程语言、提升冷启动性能分布式系统架构系统分布在多台计算机上通过网络协作完成任务高可用性、水平扩展、容错性数据一致性难以保证、调试困难中等云计算、大数据处理、物联网高高自动化容错、更好的调试工具支持事件驱动架构基于事件进行系统集成和通信松耦合、异步处理、实时响应调试困难、事件顺序难以控制中等物联网、金融行业、大数据处理中等高更好的事件流管理、保证事件顺序性无服务架构构建应用程序而无需管理基础设施节省成本、自动弹性伸缩、无服务器管理负担冷启动延迟、限制性较强高云计算服务提供商、新兴创业公司低高支持更多编程语言、提升冷启动 不同的软件产品由于要完成不同的功能提供不同的使用场景所以要选择合适的软件架构例如这些 Kafka 系统架构事件驱动架构原因Kafka 是一个分布式流处理平台采用事件驱动的方式来处理实时数据流。它基于发布/订阅模式通过事件的传递和处理来实现高吞吐量和可扩展性。 淘宝网站 系统架构微服务架构原因淘宝网作为一个庞大的在线购物平台采用微服务架构来拆分复杂的系统为独立的服务单元每个服务负责特定功能如用户管理、商品展示、交易处理等以实现高度的灵活性和可维护性。 海豚调度 系统架构分布式架构原因DolphinScheduler 是一个大数据工作流调度系统采用分布式架构来管理和调度任务。它能够在多台机器上运行并支持分布式计算和任务调度以实现高效的工作流管理和监控。
6. 系统架构设计举例
6.1. 电商平台系统架构设计
技术选型
前端React 框架、Redux 状态管理后端Node.js、Express 框架数据库MySQL 或 PostgreSQL缓存Redis消息队列Kafka搜索引擎Elasticsearch云服务AWS 或阿里云
关键概念
微服务架构拆分成用户服务、订单服务、支付服务等独立微服务容器化部署Docker 部署微服务负载均衡使用 Nginx 实现流量分发
设计决策
异步通信微服务间使用 Kafka 实现异步通信水平扩展通过 Kubernetes 实现自动化扩展安全设计OAuth2 认证、SSL 加密保护数据传输安全
6.2. 视频网站系统架构设计
技术选型
前端Vue.js、Vuex 状态管理后端Java Spring Boot数据库MongoDB缓存MemcachedCDNFastly流媒体服务FFmpeg
关键概念
分布式存储视频文件存储于分布式文件系统中大规模并发采用 CDN 分发视频内容减轻源站压力流媒体处理使用 FFmpeg 处理视频流转码、截取等操作
设计决策
CDN 加速加速视频内容的分发提高用户观看体验弹性伸缩根据流量变化自动调整资源视频处理优化异步任务处理视频上传、转码等操作
6.3. 大数据平台系统架构设计
技术选型
数据存储Hadoop HDFS、Apache HBase数据处理Apache Spark、Apache Flink数据检索Elasticsearch数据可视化Kibana集群管理Kubernetes
关键概念
数据湖将结构化、半结构化和非结构化数据存储于数据湖中实时处理使用 Spark Streaming 和 Flink 实现实时数据处理数据分析借助 Elasticsearch 实现数据检索与分析
设计决策
数据一致性使用 Apache HBase 保证数据一致性实时监控Kibana 实时监控数据处理和存储情况弹性伸缩Kubernetes 自动扩展集群资源
7. 未来展望
未来进一步优化系统架构可以引入以下服务包括
引入服务网格使用Istio等服务网格技术实现微服务间的流量管理、安全控制和监控。引入无服务架构探索无服务计算模式进一步降低运维成本和提高开发效率。
