架构07- 理理解架构的模式1
1.架构的模式
架构模式是一种设计模式，它描述了解决特定问题的一组可重复使用的解决方案和最佳实践。在网站开发中，常用的架构模式包括分层架构、微服务架构、消息队列架构、缓存架构等，用于解决高并发访问、大规模数据处理、系统稳定性和安全性等挑战。这些架构模式能够提供高性能、可扩展性和可维护性，使网站能够应对不断增长的用户量和复杂度。
2.分层
分层是企业应用系统中最常见的一种架构模式，将系统在横向维度上切分成几个部分，每个部分负责一部分相对简单并比较单一的职责，然后通过上层对下层的依赖和调度组成一个完整的系统。
在网站的分层架构中，常见的为3层，即应用层、服务层、数据层:
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应用层具体负责业务和视图的展示；
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服务层为应用层提供服务支持；
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数据库提供数据存储访问服务，如数据库、缓存、文件、搜索引擎等。
分层架构是逻辑上的，在物理部署上，三层架构可以部署在同一个物理机器上，但是随着网站业务的发展，必然需要对已经分层的模块分离部署，即三层结构分别部署在不同的服务器上，是网站拥有更多的计算资源以应对越来越多的用户访问。
所以虽然分层架构模式最初的目的是规划软件清晰的逻辑结构以便于开发维护，但在网站的发展过程中，分层结构对网站支持高并发向分布式方向的发展至关重要。
3.分隔
分隔是一种软件架构的模式，它将软件系统按照功能和服务的不同进行垂直切分。随着网站规模的扩大和功能的复杂化，分隔可以将系统按照业务领域或功能模块拆分为独立的模块单元，形成高内聚低耦合的组件。这样做的好处是提高软件的可维护性、灵活性和可扩展性。例如，一个大型网站可以将购物、社交、搜索等功能模块分隔开来，在不同的服务器上进行部署和维护。这种分隔的模式有助于团队的并行开发和独立部署，提高网站的并发处理能力和功能扩展能力。
4.分布式
对于大型网站来说，分层和分隔的一个重要目标是实现分布式部署。通过将系统按照功能和服务进行分隔，可以将不同的模块部署在不同的服务器上，并通过远程调用相互协作。这种分布式的架构可以利用更多的计算机资源，包括CPU、内存和存储等，从而提高系统的并发处理能力和数据处理能力。通过分布式部署，网站能够处理更多的并发访问和大规模的数据量，从而更好地为用户提供服务。同时，分布式部署也具备弹性扩展的能力，可以根据需求增加或减少服务器节点，提高系统的可伸缩性和容错性。
在网站应用中，常用的分布式方案有一下几种.
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分布式应用和服务：将分层和分隔后的应用和服务模块分布式部署，可以改善网站性能和并发性、加快开发和发布速度、减少数据库连接资源消耗。 -
分布式静态资源：网站的静态资源如JS、CSS、Logo图片等资源对立分布式部署，并采用独立的域名，即人们常说的动静分离。静态资源分布式部署可以减轻应用服务器的负载压力；通过使用独立域名加快浏览器并发加载的速度。 -
分布式数据和存储：大型网站需要处理以P为单位的海量数据，单台计算机无法提供如此大的存储空间，这些数据库需要分布式存储。 -
分布式计算：目前网站普遍使用Hadoop和MapReduce分布式计算框架进行此类批处理计算，其特点是移动计算而不是移动数据，将计算程序分发到数据所在的位置以加速计算和分布式计算。
5.集群
对于用户访问集中的模块需要将独立部署的服务器集群化，即多台服务器部署相同的应用构成一个集群，通过负载均衡设备共同对外提供服务。
服务器集群能够为相同的服务提供更多的并发支持，因此当有更多的用户访问时，只需要向集群中加入新的机器即可；另外可以实现当其中的某台服务器发生故障时，可以通过负载均衡的失效转移机制将请求转移至集群中其他的服务器上，因此可以提高系统的可用性。
6.缓存
缓存的主要目的是通过减轻服务器的计算负载，使数据能够直接返回给用户。在现代软件设计中，缓存已经成为一个无处不在的技术。它可以通过各种方式来实现，如CDN（内容分发网络）、反向代理、本地缓存和分布式缓存等。
使用缓存通常有两个条件：首先，存在访问数据的热点不均衡情况，即一些数据被频繁访问，这些热点数据需要被放置在缓存中。其次，这些数据只在某个时间段内有效，过了有效期后会被视为过期数据，如果对过期数据进行读取，可能导致脏读（即读取到不正确的数据），从而影响数据的正确性。
通过使用缓存，可以显著提高系统的性能和响应速度，减少服务器的负载压力。缓存能够在关键位置存储并提供经常访问的数据，避免了每次请求都需要从原始数据源获取的开销。同时，缓存还具备一定的容灾能力，当某些节点或服务故障时，仍能够通过缓存提供一部分数据服务，保证系统的可用性。
7.异步
使用异步的方式进行业务之间的消息传递，并不是通过同步的调用方式，而是将一个业务操作拆分成多个阶段进行异步执行，并通过共享数据的方法来进行协作。
具体实现方面，在单一服务器内部可以利用多线程共享内存的方式来处理异步操作。通过创建多个线程，每个线程负责执行不同的阶段，并通过共享内存的方式来传递数据，实现阶段之间的协作。
在分布式系统中，可以通过采用分布式消息队列的方式来实现异步。生产者将待处理的消息发送到消息队列中，消费者从消息队列中接收消息并执行相应的处理。这种方式可以有效地达到解耦和削峰填谷的效果，提高系统的可伸缩性和可靠性。
异步架构的典型模式就是生产者-消费者模式，其中生产者和消费者之间不存在直接的调用关系，而是通过消息队列进行通信，实现异步的协作。这种方式可以提高系统的并发处理能力，降低系统的响应时间，并且可以灵活地扩展和调整系统的吞吐量。
8.冗余
如果一个网站需要24小时不间断地运行，就需要采取相应的冗余机制来防止某台服务器出现故障导致无法正常访问。冗余的实现方式可以是部署至少两台服务器来构成一个集群，以实现服务的高可用性。
除了服务器冗余，数据库也需要采取一些措施来确保数据的安全性和可用性。除了定期进行备份外，还可以实现冷热备份机制。这种备份方式可以在主数据库出现故障时快速切换到备用数据库，保证数据的连续性和可恢复性。
如果想要进一步提高系统的可用性和容灾能力，可以考虑在全球范围内部署多个灾备数据中心。这样，即使某个地区出现灾难性情况，其他地区的数据中心仍然可以继续提供服务，确保系统的持续稳定运行。
通过这些冗余机制的应用，可以有效提高网站的可靠性和可用性，减少因服务器故障或数据丢失而导致的停机时间，提升用户体验和满意度。
9.自动化
一个网站若要保持24小时不间断的运行，需要进行许多自动化操作来支持各个环节的工作。首先，自动化发布过程可以帮助快速、准确地将新功能或修复的问题部署到生产环境中，减少人工操作的错误和延迟。
自动化代码管理系统可以有效地管理代码版本、分支和合并，保证团队成员之间的协作顺畅，并且能够追踪每次修改的记录，方便回滚和审计。
10.安全
在网站的安全架构中，我们采取了多种模式来保护用户的身份和数据安全。
首先，我们使用密码和手机校验码相结合的方式进行身份认证。用户在登录或进行重要操作时需要提供正确的密码，并且通过手机验证码来进一步确认身份，增加了账号的安全性，防止未经授权者进行非法操作。
其次，在登录和交易等涉及网络通信的场景中，我们会对通信进行加密处理，使用安全套接层（SSL/TLS）等技术来确保数据的机密性和完整性，以避免敏感信息在传输过程中被窃取或篡改。
为了防止机器人程序的滥用，我们引入了验证码技术。用户在某些场景下需要通过图形验证码或者滑动验证码等方式进行识别验证，以确认其为真实用户，从而阻止机器人程序的自动化攻击行为。
此外，我们还采取了编码转换等技术来防范常见的安全威胁，如XSS攻击和SQL注入。通过对用户输入进行特殊字符的转义和过滤，有效防止恶意脚本注入和操纵数据库的行为，确保系统的安全性和稳定性。
同时，我们也建立了垃圾信息过滤系统，对用户提交的内容进行分析和筛选，识别并过滤掉垃圾信息，保持网站环境的清洁和良好的用户体验。
通过这些安全架构模式的应用，我们能够有效地保护用户的身份和数据安全，防止恶意攻击和滥用行为，提供一个安全可信赖的网站环境。
11.敏捷性
能够及时灵活地响应业务发展需求，并主动接受需求变更。
