八大架构演进之路

1.单机架构

初期， 我们需要利用精干的技术团队快速将业务系统投入市场进行检验，并且可以快速相应变化需求，但好在前期用户访问人数较少，没有对性能提出，安全提出要求，并且架构简单，无需专业的运维团队，单机架构是合适的。

简介：将应用服务和数据服务整合在一个服务器中，并不需要太多资源。

原因：出现在互联网早期，访问量比较小，单机足以满足需求。

工作原理：以电子商城为例，可以看到通过应用（划分了多个模块）和数据库在单个服务器上协作完成业务运行。

优点：部署简单，成本低，

缺点：存在严重性能瓶颈，数据库和应用服务互相争夺资源。

2.应用数据分离结构

简介：应用服务和数据库服务部署在两个不同的服务器上。

出现原因：单机架构存在严重的资源竞争，导致站点变慢。

工作原理：以电子商城为例，可以看到应用不再是一个，而是变成了多个,通过负载均衡来支持海量的并发。

优点：成本相对可控，性能相比单机有提升，数据库单独隔离，不会因为应用把数据库搞坏，有一定的容灾能力。

缺点：硬件成本变高，性能有瓶颈，无法应对海量并发。

3.应用服务集群架构

简介：引入了负载均衡，应用以集群方式运作。

出现原因：单个应用不足以支持海量的并发请求，高并发的时候站点响应变慢。

工作原理：以电子商城为例，可以看到数据库服务器不再是一个，而是变成了多个,数据库主机负责写操作，从机负责读操作，数据库主机通过复制将数据同步到从机。

优点：应用服务高可用：应用满足高可用，不会一个服务出问题整个站点挂掉；应用服务具备一定高性能：如果不访问数据库，应用相关处理通过扩展可以支持海量请求快速响应；应用服务有一定扩展能力：支持横向扩展；

缺点：数据库是单点，没有高可用，数据库成为性能瓶颈，无法应对数据库的海量查询。运维工作增多，扩展后部署运维工作增多，需要开发对应的工具应对快速部署，硬件成本较高。

4.读写分离/主从分离架构

简介：将数据库读写操作分散到不同的节点上，数据库服务器搭建主从集群，一主一从、一主多从都可以，数据库主机负责写操作，从机只负责读操作。

出现原因：数据库成为瓶颈，而互联网应用一般读多写少，数据库承载压力大，主要是由这些读的请求造成的，那么我们可以把读操作和写操作分开。

工作原理：以电子商城为例，可以看到多了缓存服务器，对于热点数据全部放到缓存中，不常用数据再去查询我们的数据库。

优点：数据库的读取性能提升，读取被其他服务器分担，写的性能间接提升；数据库有从库，数据库的可用性提高了；

缺点：热点数据的频繁读取导致数据库负载很高；当同步挂掉，或者同步延迟比较大时，写库和读库的数据不一致；服务器成本需要进一步增加；

5.冷热分离结构

简介：引入缓存，实行冷热分离，将热点数据放到缓存中快速响应

原因：海量的请求导致数据库负载过高，站点响应再度变慢。

工作原理：以电子商城为例，可以看到多了缓存服务器，对于热点数据全部放到缓存中，不常用数据再去查询我们的数据库。

优点：大幅降低对数据库的访问请求，性能提升非常明显；

缺点：带来了缓存一致性，缓存击穿，缓存失效，缓存雪崩等问题；服务器成本需要进一步增加；业务体量支持变大后，数据不断增加，数据库单库太大，单个表体量也太大，数据查询会很慢，导致数据库再度成为系统瓶颈。

6.垂直分布架构

简介：数据库的数据被拆分，数据库数据分布式存储，分布式处理，分布式查询，也可以理解为分布式数据库架构。

原因：单机的写库会逐渐会达到性能瓶颈，需要拆分数据库，数据表的数据量太大，处理压力太大，需要进行分表，为降低运维难度，业界逐渐研发了分布式数据库，库表天然支持分布式。

工作原理：以电子商城为例，数据库是由多个主从库或者存储集群构成，支持分布式大规模并行处理。

优点：数据库吞吐量大幅提升，不再是瓶颈

缺点：跨库join、分布式事务等问题，这些需要对应的去进行解决，目前的mpp都有对应的解决方案，数据库和缓存结合目前能够抗住海量的请求，但是应用的代码整体耦合在一起，修改一行代码需要整体重新发布；

7.微服务架构

简介：微服务是一种架构风格，按照业务板块来划分应用代码，使单个应用的职责更清晰，相互之间可以做到独立升级迭代。

出现原因：扩展性差:应用程序无法轻松扩展，因为每次需要更新应用程序时，都必须重新构建整个系统，持续开发困难:一个很小的代码改动，也需要重新部署整个应用,无法频繁并轻松的发布版本，不可靠:即使系统的一个功能不起作用，可能导致整个系统无法工作，不灵活:无法使用不同的技术构建单体应用程序，代码维护难:所有功能耦合在一起，新人不知道何从下手。

工作原理：以电子商城为例，一个商城应用拆分成了多个微服务，如用户服务、交易服务和商品服务，相互之间协作支持整个商城的应用

优点：灵活性高：服务独立测试、部署、升级、发布，独立扩展：每个服务可以各自进行扩展；提高容错性：一个服务问题并不会让整个系统瘫痪；新技术的应用容易:支持多种编程语言。

缺点：运维复杂度高：业务不断发展，应用和服务都会不断变多，应用和服务的部署变得复杂，同一台服务器上部署多个服务还要解决运行环境冲突的问题，此外，对于如大促这类需要动态扩缩容的场景，需要水平扩展服务的性能，就需要在新增的服务上准备运行环境，部署服务等，运维将变得十分困难；资源使用变多：所有这些独立运行的微服务都需要需要占用内存和 CPU ；处理故障困难：一个请求跨多个服务调用，需要查看不同服务的日志完成问题定位。

8.容器编排结构

简介：借助容器化技术(如docker)将应用/服务可以打包为镜像，通过容器编排工具(如k8s)来动态分发和部署镜像，服务以容器化方式运行。

出现原因：微服务拆分细，服务多部署工作量大，而且配置复杂，容易出错；微服务数量多扩缩容麻烦，而且容易出错，每次缩容后再扩容又需要重新配置服务对应的环境参数信息；微服务之间运行环境可能冲突，需要更多的资源来进行部署或者通过修改配置来解决冲突。

原理：以电子商城为例，一个商城应用拆分成了多个微服务，如用户服务、交易服务和商品服务，每一个微服务打包到容器之中，相互协作来完成系统功能，通过容器编排工具完成部署运维。

优点：部署、运维简单快速：一条命令就可以完成几百个服务的部署或者扩缩容；隔离性好：容器与容器之间文件系统、网络等互相隔离，不会产生环境冲突；轻松支持滚动更新：版本间切换都可以通过一个命令完成升级或者回滚；

缺点：技术栈变多，对研发团队要求高；机器还是需要公司自身来管理，在非大促的时候，还是需要闲置着大量的机器资源来应对大促，机器自身成本和运维成本都极高，资源利用率低，可以通过购买云厂商服务器解决。