《系统架构设计指南》课件

系统架构设计指南课程简介目标与内容目标内容本课程旨在帮助您深入理解系统架构设计的核心概念和原理，掌握架构设计的基本方法和技巧，并能够运用所学知识进行实际项目的设计和实践什么是系统架构？定义关键要素系统架构是指对系统进行高层次的设计，定义系统的结构、行为、功能和接口，以及它们之间的关系它为系统开发和维护提供框架和蓝图，确保系统满足业务需求并具有良好的可扩展性、可靠性和安全性架构的重要性业务价值降低开发成本良好的架构设计可以提高系统性能架构设计可以优化系增强系统可扩展性良好的架构设计123提高代码复用率，简化开发流程，降统结构，提升性能，满足用户需求可以更容易地扩展系统功能和容量，低开发成本以应对未来的业务增长提升系统可靠性架构设计可以提高系统容错能力，避免系4统故障架构设计原则核心思想单一职责开放封闭原则依赖倒置原则每个组件或模块只负责一个特定的功能，对扩展开放，对修改封闭，方便系统扩高层模块不应该依赖底层模块，抽象层避免过度复杂化展和维护不应该依赖具体实现接口隔离原则里氏替换原则客户端不应该依赖它不需要的接口，接口应该最小化子类型必须能够替换其基类型，保证系统稳定性和扩展性模块化设计解耦与内聚解耦内聚模块之间相互独立，减少相互依赖，便于模块的独立开发和维护模块内部功能高度相关，紧密结合，提高模块的独立性和可维护性分层架构不同层次的职责展现层负责与用户交互，展示数据和接收用户输入业务逻辑层处理业务逻辑，实现核心业务功能数据访问层负责与数据库交互，进行数据存储和访问微服务架构优势与挑战优势挑战独立部署、灵活扩展、技术异构、故分布式管理、数据一致性、服务间调障隔离用、测试和部署复杂事件驱动架构异步通信事件发布1系统产生事件，并将其发布到消息队列中事件订阅2其他系统订阅感兴趣的事件，并进行相应的处理事件处理3订阅者收到事件后，执行相应的业务逻辑架构服务组合与重用SOA服务注册将服务注册到服务注册中心，方便其他系统发现和调用服务发现其他系统通过服务注册中心发现所需的服務服务调用系统之间通过标准接口进行服务调用服务治理管理和监控服务，保证服务质量领域驱动设计（）概念与实践DDD限界上下文领域建模定义领域模型的边界，保证模型的独立性2和一致性对业务领域进行分析和抽象，建立领域模1型聚合根领域模型中的核心对象，负责维护自身3和相关对象的完整性领域服务5领域事件提供领域模型的业务操作，实现领域逻辑的封装4用于描述领域模型中的重要事件，实现异步通信和事件驱动架构统一建模语言（）架构图示UML需求分析理解业务需求功能需求系统需要实现哪些功能，用户需要完成哪些操作非功能性需求系统需要满足哪些性能、安全、可靠性等方面的要求业务流程系统涉及哪些业务流程，流程之间的关系如何数据模型系统需要存储哪些数据，数据之间的关系如何非功能性需求性能、安全、可靠性性能安全可靠性响应时间、吞吐量、并发用户数等身份验证、授权、数据加密、防攻击等可用性、容错能力、数据一致性等架构模式选择适用性分析架构模式适用场景分层架构适用于大多数业务系统，将系统功能分层实现，便于开发和维护微服务架构适用于复杂业务系统，可以将系统拆分成多个独立的服务，提高灵活性事件驱动架构适用于需要异步通信的系统，例如实时数据处理、消息通知等SOA架构适用于需要服务组合和重用的系统，例如企业级应用集成技术选型权衡利弊1成本技术成本、维护成本、人才成本等2性能技术性能、吞吐量、响应时间等3可扩展性技术扩展性、容错能力、数据一致性等4安全性技术安全性、数据加密、防攻击等数据库架构关系型vs.NoSQL关系型数据库数据库NoSQL适合结构化数据存储，提供事务一致性和数据完整性，例如适合非结构化数据存储，提供高性能和高扩展性，例如MongoDB、MySQL、PostgreSQL Redis缓存策略提高性能缓存层1将经常访问的数据存储在内存中，减少数据库访问次数，提高系统性能缓存失效策略2定义缓存数据的过期时间，确保数据一致性缓存穿透3防止缓存失效后，请求直接访问数据库，导致数据库负载过重缓存雪崩4防止大量缓存同时失效，导致数据库崩溃安全架构身份验证与授权身份验证1验证用户的身份，例如用户名密码验证、短信验证、第三方登录等授权2验证用户是否具有访问某个资源的权限，例如访问特定页面、修改数据等数据加密3对敏感数据进行加密，例如用户密码、支付信息等防攻击4防御常见攻击，例如SQL注入、跨站脚本攻击、拒绝服务攻击等负载均衡分发流量监控与日志保障系统稳定监控日志实时监控系统运行状态，例如CPU、内存、磁盘、网络等指标记录系统运行过程中的重要事件，方便排查问题弹性伸缩应对流量高峰自动伸缩1根据系统负载自动调整服务器数量，例如自动添加服务器以应对流量高峰手动伸缩2根据系统负载手动调整服务器数量，例如在预期流量高峰来临之前手动添加服务器容器化技术与Docker KubernetesDockerKubernetes用于打包和运行应用程序，提供轻量级、可移植的运行环境用于管理和编排容器，提供自动部署、自动伸缩、服务发现等功能自动化部署与运维DevOps持续集成将代码集成到主干持续交付将代码部署到测试12分支，并进行自动化测试，保环境，并进行测试，确保代码证代码质量可部署持续部署将代码部署到生产环境，并进行监控，保证代码可用性3架构演进迭代与重构迭代式开发将系统开发过程分解成多个迭代，每个迭代完成一个特定的功能重构对系统进行优化，提高代码质量和性能，例如修改代码结构、优化算法等案例分析电商平台架构用户层业务逻辑层提供用户界面，例如网站、移动应处理订单、支付、物流等业务逻辑用等数据层存储用户、商品、订单等数据案例分析社交网络架构用户层社交关系层消息层提供用户注册、登录、维护用户之间的关系，负责消息的存储、发送、好友管理、消息发送等例如好友、粉丝、关注接收等功能功能等案例分析金融系统架构交易层1处理交易请求，例如转账、支付等账户层2管理用户账户信息，例如余额、交易记录等风控层3进行风险控制，例如防欺诈、反洗钱等架构评估质量属性123性能安全可靠性响应时间、吞吐量、并发用户数等身份验证、授权、数据加密、防攻击等可用性、容错能力、数据一致性等45可扩展性可维护性系统扩展能力、容错能力、数据一致性等代码质量、易于修改、易于理解等架构复审同行评审由其他架构师或技术专家对架构可以发现设计缺陷和潜在风险，设计进行评估和建议提高架构质量促进团队成员之间的交流和学习风险管理识别与应对风险识别风险评估风险应对识别可能影响系统开发和运行的风险，例评估每个风险的可能性和影响程度，确定制定风险应对策略，例如规避风险、减轻如技术风险、市场风险、团队风险等风险优先级风险、接受风险等架构文档清晰表达设计架构概述架构图示介绍系统架构设计目标、主要技术使用UML等工具绘制架构图，例选型、架构模式等如用例图、类图、组件图、部署图等技术细节详细描述各个组件的功能、接口、配置等沟通技巧与团队协作清晰表达使用简洁明了的语积极倾听认真倾听团队成员12言表达架构设计理念的意见和建议及时反馈及时反馈设计变更和进展情况3架构师的角色与职责领导力技术沟通能力vision带领团队进行架构设计对技术发展趋势有深刻能够清晰、有效地与团和开发理解，并能将其应用到队成员、客户、合作伙系统架构设计中伴等进行沟通问题解决能力能够有效地解决系统设计和开发过程中的问题架构设计的常见误区过度设计追求完美，导致设计过于复杂，降低开发效率1技术崇拜盲目追求新技术，忽略实际需求，造成技术堆叠2忽视用户需求没有充分理解用户需求，导致设计与实际需求不符3缺乏沟通缺乏与团队成员、客户之间的沟通，导致设计方案无法有效实4施如何成为一名优秀的架构师不断学习1学习新技术，了解技术发展趋势积累经验2参与多个项目的设计和开发，积累实践经验提升技能3提升沟通能力、问题解决能力、领导力等技能性能优化瓶颈分析性能测试瓶颈分析优化方案进行压力测试、负载测试、性能测试等，分析性能测试结果，找到性能瓶颈所在，针对性能瓶颈制定优化方案，例如优化数找出系统性能瓶颈例如数据库、网络、代码等据库查询语句、使用缓存、优化代码等可靠性设计容错与恢复故障隔离将系统拆分成多个模块，隔离故障的影响范围1容错机制2使用冗余机制，例如备份、负载均衡等，确保系统在故障情况下仍能正常运行故障恢复3制定故障恢复策略，例如自动重启、数据恢复等，确保系统能够快速恢复正常安全设计防御攻击身份验证1验证用户的身份，例如用户名密码验证、短信验证、第三方登录等授权2验证用户是否具有访问某个资源的权限，例如访问特定页面、修改数据等数据加密3对敏感数据进行加密，例如用户密码、支付信息等防攻击4防御常见攻击，例如SQL注入、跨站脚本攻击、拒绝服务攻击等可扩展性设计应对增长1水平扩展增加服务器数量，提高系统处理能力2垂直扩展提升服务器配置，提高单台服务器处理能力3分布式架构将系统拆分成多个模块，分布部署在不同的服务器上4无状态设计将系统设计成无状态的，以便于水平扩展可维护性设计易于修改模块化设计将系统拆分成多代码规范遵循代码规范，提12个独立的模块，方便修改和维高代码可读性和可维护性护文档规范编写详细的文档，例如设计文档、开发文档、测试文档等，方3便维护人员理解和维护系统可用性设计保障服务高可用性冗余机制故障恢复确保系统能够持续提供服务，即使出现故使用备份、负载均衡、多数据中心等冗余制定故障恢复策略，例如自动重启、数据障，也能尽快恢复正常机制，提高系统可用性恢复等，确保系统能够快速恢复正常云原生架构适应云计算云平台容器化微服务使用云平台提供的服务，使用容器技术，例如将系统拆分成多个独立例如云服务器、云存储、Docker，将应用程序打的服务，方便部署、扩云数据库等包成容器，方便部署和展和维护管理自动化使用自动化工具，例如CI/CD，实现自动化部署、自动化测试、自动化运维架构无服务器计算Serverless事件驱动按需付费根据事件触发函数执行，例如用户请求、数据变更等只为实际使用的资源付费，降低成本123自动伸缩根据请求数量自动调整资源，无需手动管理服务器设计原则API RESTful使用HTTP方法GET、POST、PUT、DELETE等，对应不同的操作资源定位使用URL标识资源，例如`/users/1`标识用户ID为1的用户无状态每次请求都是独立的，服务器不保存任何状态信息统一接口使用标准的HTTP协议，方便不同系统之间的交互消息队列异步通信消息生产者将消息发送到消息队列中消息队列存储消息，并提供消息的可靠传递和消费消息消费者从消息队列中获取消息，并进行相应的处理分布式事务数据一致性两阶段提交三阶段提交最终一致性将事务分成两个阶段，保证所有参与节将事务分成三个阶段，提高了事务的容通过异步机制，最终保证数据的最终一点都成功提交或都失败回滚错能力致性幂等性设计防止重复操作唯一标识为每个请求生成唯一的标状态判断根据操作状态，避免重复乐观锁使用乐观锁机制，防止数据123识，例如UUID，防止重复请求操作，例如订单状态判断被并发修改熔断机制防止雪崩效应隔离服务2将故障服务隔离，防止其影响其他服务快速失败1当服务出现故障时，快速返回错误信息，避免长时间等待自动恢复当故障服务恢复正常时，自动恢复服务调用3限流策略保护系统令牌桶算法漏桶算法以一定速率生成令牌，每个请求需要消耗一个令牌，当令牌不足时，以一定速率放出请求，当请求超过速率时，将其丢弃拒绝请求降级策略保障核心功能服务降级1当服务出现故障时，停止提供非核心功能，保障核心功能正常运行预设响应2预先设定一些预设响应，在服务出现故障时，返回预设响应，避免用户感知到故障缓存预热3在服务启动时，将缓存预热，避免冷启动导致的性能下降灰度发布平滑过渡小流量发布1将新版本发布到一小部分用户，观察新版本的效果逐步扩大2根据新版本的效果，逐步扩大发布范围，最终将新版本发布到所有用户快速回滚3如果新版本出现问题，可以快速回滚到旧版本蓝绿部署零停机发布蓝绿环境切换流量回滚维护两个相同的生产环境，一个是蓝色环将流量切换到新版本部署的绿色环境，测如果新版本出现问题，可以将流量切换回境，一个是绿色环境试新版本的功能和性能蓝色环境测试优化用户体验A/B创建多个版本创建两个或多个版本的系统，例如网站、应用等1随机分配用户将用户随机分配到不同的版本2收集数据收集用户在不同版本上的行为数据，例如点击率、转化率等3分析结果分析数据，确定哪个版本的用户体验更好4代码审查提高代码质量代码风格代码逻辑检查代码是否符合编码规范，例如检查代码逻辑是否正确，例如算法命名规范、格式规范等是否正确、代码逻辑是否清晰等代码安全性检查代码是否存在安全漏洞，例如SQL注入、跨站脚本攻击等自动化测试保障代码正确性单元测试集成测试系统测试测试代码的最小单元，例如函数、方法等测试多个模块之间的集成情况测试整个系统的功能和性能持续集成持续交付（）/CI/CD持续集成1将代码集成到主干分支，并进行自动化测试，保证代码质量持续交付2将代码部署到测试环境，并进行测试，确保代码可部署持续部署3将代码部署到生产环境，并进行监控，保证代码可用性架构师的职业发展技术专家架构总监首席架构师精通某一领域的架构设计和技术，例如云负责多个项目的架构设计和管理负责企业整体的架构设计和规划，领导架计算、大数据等构团队总结架构设计的关键点12理解需求设计原则深入理解业务需求，设计满足需求的系统架构遵循架构设计原则，构建可扩展、可靠、安全的系统34架构模式技术选型选择合适的架构模式，例如分层架构、微服务架构等权衡利弊，选择合适的技术，例如数据库、缓存、消息队列等56质量属性持续改进关注系统质量属性，例如性能、安全、可靠性等不断优化系统架构，提高系统效率和性能互动交流QA现在，我们来进行互动交流，您可以提出关于系统架构设计方面的任何问题，我们将尽力为您解答。