最全软件系统架构演变!

软件系统架构经过了重重的演变。总体上经历了一下几个阶段,单体架构,应用服务器和数据库服务器分离,应用服务器集群,数据库压力变大读写分离,微服务架构和分布式架构。

单体架构

单体架构是一种将所有业务逻辑和控制逻辑集中在一个程序中的架构风格。在单体架构中,一个程序包含了所有的相关功能,例如一个ERP系统可能包括商品模块、订单模块、销售模块、库存模块和报表统计等。这种架构通常包括前端(Web/手机端)、中间业务逻辑层和数据库层,是一个典型的三级架构。

单体架构的优点

单体架构的优点在于其简单性和易于部署、测试和开发。在项目的初期,单体应用可以很好地运行,并且开发成本低、周期短,非常适合小型项目。然而,随着需求的不断增加和团队的扩大,单体应用可能变得越来越臃肿,导致可维护性和灵活性降低,维护成本增加。

单体架构的主要缺点

单体架构的主要缺点包括复杂性高、模块耦合严重以及无法对特定高峰业务进行单独拓展。由于所有业务逻辑都集中在一起,每次修改代码都可能引发潜在的缺陷。此外,核心业务和边缘业务之间的相互影响也可能导致系统可靠性的降低。

总的来说,单体架构适合需求少、并发小且要求快速开发交付的项目初期发展阶段。然而,对于大型项目,单体架构可能不是最佳选择,因为它可能导致开发、扩展和维护的困难。

应用服务器和数据库服务器分离

应用服务器和数据库服务器分离是软件系统架构演进中的一个重要步骤。这种分离主要基于两者在功能、性能优化和安全性等方面的不同需求。

功能分离:应用服务器主要负责处理业务逻辑,生成动态内容,并响应用户的请求。这包括执行特定的应用程序代码,处理数据输入和输出,以及与用户界面进行交互。相比之下,数据库服务器的主要任务是存储、检索和管理数据。它提供了一系列的数据管理功能,如数据定义、数据操作、数据查询和数据控制。

性能优化:由于应用服务器和数据库服务器的功能不同,它们的性能优化策略也不同。例如,应用服务器可能需要更快的CPU来处理复杂的业务逻辑和大量的用户请求,而数据库服务器则需要更快的硬盘和更大的内存来支持数据的快速读写和缓存。通过将它们分开部署,可以更好地满足各自的性能需求,从而提高整个系统的性能。
安全性:数据库服务器通常存储着敏感和关键的业务数据。通过将其与应用服务器分离,可以更容易地实施特定的安全策略和措施,如访问控制、数据加密和备份恢复等,以保护数据的安全性和完整性。

实现分离时,通常需要考虑以下:

网络配置:确保应用服务器和数据库服务器之间的网络通信畅通无阻,并具有足够的带宽和稳定性。
数据库连接:在应用服务器中配置正确的数据库连接信息,包括数据库服务器的地址、端口号、用户名和密码等。
数据访问和传输安全:采用加密技术保护数据在传输过程中的安全性,并实施访问控制策略以防止未经授权的访问。

应用服务器集群

应用服务器集群是提高系统可用性和扩展性的重要手段。通过将多个应用服务器组合成一个集群,可以共同处理业务请求,从而提高系统的吞吐量和响应速度。

在应用服务器集群中,每个应用服务器都运行着相同的应用程序,并可以独立地处理用户请求。当某个应用服务器出现故障时,其他应用服务器可以接管其负载,确保系统的持续运行。这种高可用性设计可以大大减少系统的停机时间和数据丢失风险。

此外,应用服务器集群还可以根据负载情况进行动态扩展。当系统负载增加时,可以添加更多的应用服务器来分担负载,从而提高系统的处理能力。这种扩展性设计使得系统能够应对突发的高流量和大规模并发请求。

为了实现应用服务器集群的高可用性和扩展性,需要考虑以下:

负载均衡:使用负载均衡器将用户请求分发到不同的应用服务器上,确保每个应用服务器的负载相对均衡。负载均衡器可以根据不同的策略进行分发,如轮询、最少连接数等。

会话管理:在应用服务器集群中,需要确保用户的会话信息在不同的应用服务器之间保持一致。可以通过将会话信息存储在共享的存储介质中,如数据库或分布式缓存系统,来实现会话的共享和持久化。

故障检测和恢复:需要实时监测应用服务器的状态,及时发现并处理故障。当某个应用服务器出现故障时,可以将其从集群中剔除,并将负载转移到其他正常的应用服务器上。

读写分离数据库

当数据库压力变大时,为了提高系统的性能和稳定性,常常采用读写分离的技术。读写分离的基本思想是将数据库的读操作和写操作分开,由不同的数据库服务器来处理。这样可以有效地分摊数据库负载,提高系统的并发处理能力。

在读写分离的架构中,通常会有一个主数据库(Master)负责处理事务性的写操作(如INSERT、UPDATE、DELETE),而一个或多个从数据库(Slave)则负责处理查询操作(如SELECT)。主数据库会将其变更操作(如插入、更新、删除)同步到从数据库中,以保持数据的一致性。

读写分离的好处主要有以下几点:

分摊负载:通过将读操作和写操作分开,可以有效地分摊数据库负载。读操作通常比写操作更频繁,因此将读操作分散到多个从数据库上,可以减轻主数据库的压力。

提高性能:从数据库可以配置为使用更高效的存储引擎或硬件资源,以提高查询性能。此外,多个从数据库可以并行处理查询请求,从而提高系统的整体性能。

数据备份与恢复:从数据库可以作为主数据库的备份,当主数据库出现问题时,可以迅速切换到从数据库上,以保证业务的连续性。
在实现读写分离时,需要解决一些技术问题,如主从同步的延迟、数据一致性的保证等。主从同步的延迟可能会导致从数据库的数据与主数据库不一致,这需要在应用层进行一定的处理。同时,为了保证数据的一致性,还需要采取一些策略,如分布式事务、两阶段提交等。

微服务架构和分布式架构

微服务架构和分布式架构是两种不同的软件架构风格,它们都旨在解决大型复杂系统的可扩展性、可靠性和灵活性问题。虽然它们有一些相似之处,但也有明显的区别。

微服务架构

微服务架构是一种将大型应用程序拆分为一组小型服务的架构风格。每个服务都运行在独立的进程中,并使用轻量级通信机制(如HTTP资源API)进行通信。这些服务围绕业务能力构建,并且可以独立地部署、扩展和维护。微服务架构的主要特点包括灵活性高、可扩展性好、维护成本低、快速迭代和部署。由于每个服务都是独立的,因此可以使用不同的编程语言和技术栈实现,这有助于提高系统的可维护性和可扩展性。

分布式架构

分布式架构则是指将一个大型系统分解成多个独立的子系统,并将这些子系统分布在不同的计算机节点上,通过网络协议相互通信,形成一个整体的系统。这种架构风格可以提高系统的可扩展性、可靠性和可用性。分布式架构中的计算机节点可以分布在不同的机房、城市甚至国家,因此具有很高的灵活性和可扩展性。常见的分布式架构包括SOA(面向服务的架构)、RPC(远程过程调用)、消息队列、分布式缓存等。

虽然微服务架构和分布式架构都强调系统的拆分和独立性,但它们之间还是有一些区别的。首先,微服务架构是一种特定的分布式架构风格,它强调将应用程序拆分为一组小型服务,每个服务都是独立的、可替换的。而分布式架构则更侧重于系统的物理分布和通信机制,不一定要求每个组件都是独立的。其次,微服务架构强调服务的独立部署和扩展,而分布式架构则更注重整个系统的可扩展性和可靠性。

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