《系统架构设计》课件

系统架构设计从基础概念到前沿实践的全面探索本课程深入剖析系统架构设计的核心理念与方法论帮助学员掌握架构设计技能，提升系统规划能力什么是系统架构系统架构定义与设计实现区别系统各组件的结构布局架构整体结构与原则组件间交互关系的规范设计具体模块与接口决策与约束的集合实现代码与部署细节系统架构的价值质量保障扩展性保障提高系统可靠性支持业务快速发展增强系统安全性应对流量增长挑战确保性能达标适应功能迭代需求成本降低减少维护工作量降低技术债务提高开发效率架构师的职责需求分析技术选型沟通协调识别业务关键诉求评估各技术优缺点连接业务与开发确定非功能性需求匹配业务与技术解决跨团队冲突团队引领技术能力提升架构愿景传达系统架构的分类单体架构所有功能集中在单一应用适合小型系统分层架构按功能划分多层适合中等复杂系统微服务架构功能拆分为独立服务适合大型分布式系统云原生架构基于云资源设计适合需要高弹性系统架构设计流程概述分析收集需求理解约束设计组件划分实现交互定义编码实现功能构建验证性能测试优化安全评估性能调优架构演进需求分析与场景建模业务需求澄清用户场景梳理深入理解业务目标识别典型用户路径需求验证确认模型构建UML与业务方共同评审用例图、类图、时序图架构决策影响因素技术因素技术成熟度与风险业务因素业务发展速度与方向团队因素团队规模与技能资源因素预算与时间限制分层架构模式表现层用户界面与交互业务层业务逻辑处理持久层数据存储与访问优点关注点分离、模块化强局限层间依赖可能导致性能损耗客户端服务器架构-客户端请求发起业务请求网络传输数据包传递服务器处理业务逻辑执行结果返回响应客户端典型案例传统系统、企业内部应用Web微服务架构简介服务独立部署技术多样性团队自治每个服务可单独开发部署不同服务可用不同技术栈小团队负责特定服务拆分原则按业务能力、领域边界面向服务架构（）SOA中台化设计业务中台、数据中台、技术中台企业级应用场景大型组织系统整合IT事件驱动架构事件产生系统状态变化触发事件发布到事件总线事件处理消费者订阅感兴趣事件异步处理业务逻辑结果反馈处理完成后可触发新事件形成事件链典型技术、、Kafka RocketMQEventBridge分布式架构核心知识理论一致性算法CAP一致性、可用性、分区容错复杂但可靠Paxos性易理解易实现Raft分布式系统无法同时满足三者分布式时钟逻辑时钟、向量时钟解决事件顺序问题领域驱动设计（）DDD限界上下文实体与值对象明确业务边界领域模型基本元素领域服务聚合与聚合根处理跨实体业务逻辑确保业务一致性行业落地案例电商订单系统、物流管理平台架构图的种类与绘制物理架构图展示实际部署环境服务器、网络设备布局逻辑架构图展示系统逻辑结构组件间关系与交互部署架构图展示软件部署方式各组件如何分布在物理设备上数据架构图展示数据流向数据处理与存储关系推荐工具、、、Draw.io PlantUMLVisio Lucidchart软件架构设计原则高内聚低耦合相关功能放在一起减少组件间依赖模块职责单一明确接口稳定性保障原则SOLID单一职责、开闭原则里氏替换、接口隔离、依赖反转架构模式复用案例适用于传统应用MVC Web适用于富客户端应用MVVM观察者事件通知机制责任链请求处理流程可靠性设计容灾策略高可用架构同城双活消除单点故障异地多活服务自动发现冷备份方案健康检查机制数据定期快照故障自动转移可扩展性设计读写分离主库写入，从库读取负载均衡请求分散到多服务器数据分片数据分布到多存储节点弹性伸缩根据负载自动扩缩容性能优化方向步个类354瓶颈识别关键指标优化方向系统全链路分析响应时间、吞吐量、资源利用率代码、架构、数据库、基础设施常用工具、、、JMeter LoadRunnerGatling Arthas数据存储架构关系型数据库数据库分片策略NoSQL强一致性高扩展性水平分片事务弱一致性垂直分片ACID结构化数据非结构化数据哈希分片典型产品、典型产品、按时间分片MySQL PostgreSQLMongoDB Cassandra缓存设计与选型本地缓存分布式缓存位置应用内存中位置独立缓存服务优点访问速度极快优点容量大，多应用共享缺点容量有限，多节点不一致缺点网络开销，配置复杂代表、代表、Caffeine GuavaCache RedisMemcached多级缓存组合本地分布式++CDN优点综合性能最佳缺点一致性维护复杂应用高访问量系统消息队列与异步解耦生产者消息队列发送消息到队列存储待处理消息反馈机制消费者确认消息处理结果处理队列中消息典型产品、、、RabbitMQ KafkaRocketMQ Pulsar应用场景削峰填谷、异步处理、系统解耦网络与通信协议应用标准简单通用，文档丰HTTP/HTTPS Web富微服务通信高性能，强类型gRPC双向实时通信保持连接，低延迟WebSocket物联网设备轻量级，低功耗MQTT异地多活数据同步增量复制、双向同步、冲突解决安全性设计边界防护防火墙、、防护WAF DDoS身份认证、、OAuth2JWT SSO数据加密传输加密、存储加密漏洞防范代码审计、定期扫描日志与监控体系日志分析告警机制错误日志、审计日志、访问日志阈值设置、通知渠道指标监控链路跟踪系统关键性能指标分布式调用追踪推荐工具链、、、ELK StackPrometheus GrafanaSkyWalking容器与服务编排容器技术云原生架构Kubernetes轻量级虚拟化自动化部署与扩缩容微服务容器++DevOps环境一致性保障服务发现与负载均衡弹性伸缩与敏捷交付与持续交付DevOps代码提交开发人员推送代码自动构建触发流水线CI自动测试单元测试、集成测试自动部署发布到目标环境典型工具链、、、Git JenkinsGitLab CI/CD ArgoCD云计算架构SaaS应用即服务PaaS平台即服务IaaS基础设施即服务公有云社会化服务，成本优势，快速部署私有云数据隐私，定制化需求，特定监管要求混合云关键业务私有，弹性需求公有，最佳平衡前后端分离与接口设计前后端分离优势规范网关职责RESTful API并行开发提效资源化设计统一入口URL技术栈独立演进方法语义明确路由分发HTTP多端复用后端服务状态码规范使用认证鉴权限流熔断文档工具、、API SwaggerYApi Postman版本与兼容性API1URL路径版本/api/v1/users简单直观，易于理解请求参数版本2/api/usersversion=1不改变URL结构3HTTP头版本Accept:application/vnd.api+json;version=1符合HTTP语义内容协商版本4基于请求内容结构判断灵活但实现复杂向后兼容原则只增不减、保持默认值、容错处理服务治理与注册中心服务注册发现实时感知服务状态变化/熔断机制防止故障级联传播限流策略保护系统免受过载典型产品、、、Nacos EurekaSentinel Istio多租户架构独立数据库共享数据库独立Schema1完全隔离，高安全性中等隔离，便于管理行级租户标识共享数据库表级隔离混合部署，实现简单资源利用率高，成本低场景最佳实践基于租户规模和安全需求选择隔离模式SaaS灰度发布与测试A/B流量切分按比例或特征分配用户新版本小比例可控发布数据收集关键指标实时监控用户反馈及使用数据效果评估对比新老版本表现决策是否全量发布工具推荐、、自研网关LaunchDarkly GrowthBook数据一致性保障静态资源优化资源压缩图片格式优化、压缩率CSS/JS代码压缩CDN加速边缘节点就近访问减轻源站压力缓存策略浏览器缓存控制资源指纹与版本加载优化按需加载、预加载资源合并与拆分移动端架构设计网络弱环境适应本地存储机制性能优化请求重试机制核心数据本地化启动速度优化断点续传增量同步策略内存占用控制优雅降级策略冲突解决方案电量消耗管理大数据架构数据采集实时流与批量数据收集数据存储分布式文件系统与数据湖数据处理批处理与流式处理数据分析商业智能与可视化Lambda架构批处理+流处理双层Kappa架构统一流处理架构典型平台Hadoop、Spark、Flink、Kafka人工智能与机器学习平台架构数据采集与标注收集高质量训练数据数据清洗与特征工程模型训练与评估算法选择与超参优化分布式训练框架模型部署与服务化模型打包与容器化推理服务弹性伸缩监控与持续优化模型效果监控自动重训练机制MLOps机器学习全生命周期管理物联网架构设计应用层业务逻辑与用户界面平台层设备管理与数据处理边缘层本地计算与数据筛选连接层网络通信协议感知层传感器与设备终端安全考虑设备认证、数据加密、固件更新行业经典架构案例剖析淘宝千万亿510+日活用户商品数量海量并发请求超大规模数据万12秒级订单量大促峰值挑战架构演进单体分布式中台微服务→→SOA→核心组件交易中心、会员中心、商品中心、搜索平台关键技术限流、异步化、缓存、分库分表行业经典架构案例剖析微信长连接管理消息推送架构高可用策略亿级用户在线实时性保障多机房部署资源高效利用离线消息存储异地多活心跳机制优化多终端同步灾备切换初创企业系统架构设计建议成本控制技术选型云服务按需付费成熟稳定优先开源技术优先团队技能匹配避免过度工程生态支持完善迭代策略快速验证MVP持续集成部署敏捷开发流程架构设计中的常见陷阱过度设计技术选型不当过早优化为未来可能性过度准备追求新技术而忽视稳定性性能提升微不足道增加系统复杂度和成本与团队技能不匹配增加代码复杂度架构复审与优化流程现状评估识别架构痛点目标确定明确改进方向方案制定设计优化方案实施落地分阶段实施变更效果验证对比改进指标技术文档与团队协作架构说明书系统整体架构描述架构师负责设计文档模块详细设计说明开发负责人编写接口文档定义与使用说后端开发维护API明部署文档安装部署流程运维团队维护团队协作工具、语雀、Confluence GitBook沟通协作流程架构评审会、设计讨论、实现对齐合理的架构演进策略系统架构发展前沿架构低代码平台服务网格Serverless无需关注基础设施可视化开发提效通信基础设施下沉按使用付费，降低成降低开发门槛透明流量管理本边缘计算算力前移，本地处理减少延迟与带宽占用总结与答疑课程要点回顾从基础概念到架构实践常见问题解答技术选型、架构演进、团队协作持续学习资源推荐书籍、线上社区、开源项目。