1.1.1  一张图看懂单体架构

早期的计算机程序就像一个包含多个功能的瑞士军刀：所有功能都集中在一起。这就是单体架构。

这听起来有点像玩具积木盒，所有积木都放在一个盒子里，想玩哪个，从里面挑出来就行。方便吧？但是，当这个盒子里的积木越来越多时，你可能就开始懊恼——为何当初不买一个分隔板来组织一下盒子里的结构呢？随着时间和功能的增加，有时单体架构就会遇到这种情况。

单体架构如图1-1所示。

看上去是不是很整齐？所有业务都在一个“大房间”（服务器）中，用户业务、商品业务、订单业务、支付业务都有自己的“小房间”，所有数据都住在“地下室”（数据库）中，这整个“大房间”坐落在服务器的“土地”上。

但别忘了，这只是开始。随着业务变得火爆，这个“大房间”可能会逐渐变得不合适。后面章节会探讨如何将业务从这个“大房间”搬到一个更加宽敞的新地方。

1.1.2  一张图看懂集群架构

在单体架构中，所有业务模块都集中在同一个服务器中。随着业务量和用户量的增加，这种架构很快会遇到瓶颈：系统难以承受高并发的压力，开发和部署变得笨重，维护成本逐渐增加。

为了解决这些问题，需要一种新的架构来提高系统的可用性，这就是集群架构的起点。

集群架构实际上就是将单体架构复制多份，分别部署在多个服务器上，每个服务器都运行一个应用实例。这样，应用的访问和负载就被分散到不同的服务器上。当某个服务器出现故障时，其他服务器可以继续提供服务，从而实现高可用性。

在图1-2中，将单体架构复制到了两个服务器上。

• 客户端：任何发起请求的设备，如用户的手机、计算机或其他网络连接的终端。客户端中运行的应用或浏览器通过互联网发送对特定资源的请求。
• 负载均衡器：一个网络设备。它可以根据特定的策略（如轮询、权重分配、最少连接数）将传入的网络流量分散到多个服务器上。负载均衡器通常位于客户端和服务器集群之间，作为请求和响应的中介。其主要功能是将来自用户的请求分发到多个服务器上，确保各服务器的工作负载大致相等，从而最大化吞吐量，减少响应时间。负载均衡器还具有其他功能，如SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）终结、缓存、请求过滤等。
• 服务器集群：服务器A和服务器B表示服务器集群中的两个服务器。每个服务器上都包含多个业务模块，这些模块都是相同的应用实例。每个服务器都可以同时处理多个请求，而不是按顺序一个接一个地处理请求。
• 数据库：在集群架构中，通常所有服务器都连接到同一个数据库上，以确保数据的完整性和一致性。采用单个数据库的优点是，可以确保数据的一致性，简化数据管理流程，但可能会遇到并发访问冲突、数据库的性能瓶颈、单点故障风险等问题。数据库通常提供了锁定机制、事务处理和备份恢复策略，以确保数据的安全性和完整性。

集群架构通过一组协同工作的服务器来提供服务，这些服务器共同处理用户请求。相比于单体架构，集群架构提供了更强的处理能力和更好的容错性。

1.1.3  一张图看懂微服务架构

集群架构通过多个服务器的协同工作具备可伸缩性和冗余性，但在应对快速变化的市场和技术需求时，它仍然存在局限性，需要一种新的方式来更高效、灵活地开发和维护系统。这就要求后端系统能够支持更细粒度的服务划分和独立部署。此时可以考虑微服务架构，即将一个庞大的单体架构划分为更小、更易于管理和扩展的部分。

在考虑分布式数据库和分库分表时，实际上已经在数据层进行了微分。微服务架构可以被视为在应用层进行类似的微分，而不是将所有功能都打包在一个巨大的应用中。

微服务架构推崇将每个功能都作为一个单独的服务进行开发、部署和维护，如图1-3所示的用户业务、商品业务和支付业务。

1．集群架构中的服务划分

在集群架构中，服务划分的解决方案如下。

• 单体应用复制：在集群架构中，通常会对单体应用进行复制，并在多个服务器上部署多个相同的应用实例。这样，每个应用实例都能处理一部分用户请求。
• 资源共享：集群架构中的应用实例通常共享相同的数据库和其他后端资源，这意味着，它们都可以访问相同的数据。
• 使用负载均衡器：在集群架构中，前端通常有一个负载均衡器，其主要用于将进入的请求均匀地分发到不同的应用实例上，以实现负载均衡。

2．微服务架构中的业务划分

在微服务架构中，业务划分的解决方案如下。

• 业务功能解耦：在微服务架构中，系统被划分为多个小的、独立的服务，每个服务都负责一个特定的业务功能或功能组。
• 独立部署与扩展：在微服务架构中，每个服务都可以独立部署、扩展和维护。这意味着，团队可以根据每个服务的需求来扩展或更新它，而不影响其他服务。
• 专用数据存储：在纯粹的微服务架构中，每个服务都有自己的数据库存储数据，这确保了数据的独立性和一致性。
• 服务间通信：在微服务架构中，服务间通常通过API或消息进行通信，而不直接访问其他服务的数据库或内部功能。
• 使用API网关（API Gateway）：在微服务架构中，为了简化前端的访问和服务的路由，通常使用API网关。它是唯一的入口，用于将请求路由到适当的后端服务。

3．微服务架构的核心特性

微服务架构被许多现代企业采纳，已经从一个技术趋势演变为当代软件设计和开发的核心策略。

微服务架构包括以下核心特性。

• 独立性：服务被设计为小型、独立的服务，每个服务都有自己的代码和数据库。这意味着，更改其中的一个服务不会对其他服务产生直接影响，使得开发、部署和维护变得更加容易。
• 自治性：每个服务都是一个自治的单元，可以独立地运行和维护。这种自治性使得团队可以专注于一个特定的服务，而无须担心系统的其他部分。
• 分布式通信：服务间通过网络进行通信，这使得多个服务可以分布在不同的服务器上。这种分布式通信是微服务架构的关键部分，允许不同的服务协同工作。

4．微服务架构与单体架构的区别

在单体架构中，所有模块都紧密地集成在单一的代码库中，构成了一个大而全的应用。微服务架构则将应用拆分为多个独立的服务，每个服务都负责单一的功能。

1）架构复杂性

单体架构通常在逻辑上是一致的虽然微服务架构中的每个服务的设计可能更简单、更小、更易于管理，但微服务架构的总体架构和互操作性可能比单体架构更复杂。微服务架构与单体架构的区别如图1-4所示。

2）开发与部署速度

在单体架构中，任何一个小的改动都可能需要重新部署整个应用。而对于微服务架构，团队可以独立地开发、测试和部署各服务，这大大提高了迭代和发布新功能的速度。

3）技术堆栈的灵活性

单体架构通常使用一种技术或框架来开发整个应用。但对于微服务架构，由于每个服务都是独立的，因此团队可以为各服务选择合适的技术和工具，从而最大化服务的性能和效率。

4）可扩展性

对于单体架构，当需要扩展时，通常需要增加整个应用实例。但对于微服务架构，可以根据需要独立地扩展某个特定的服务，这为高效的资源分配和负载分发提供了更高的灵活性。

5）容错性

如果单体架构的某个部分出现故障，那么整个应用都可能受到影响。而在微服务架构中，由于各服务是独立的，一个服务出现故障不太可能影响其他服务，从而提高了系统整体的稳定性。

6）数据管理

单体架构通常使用一个中央数据库来管理所有数据。而在微服务架构中，每个服务都可以有其私有的数据库，这确保了数据的独立性，但也为数据的一致性和完整性带来了挑战。

5．微服务架构的基本组件

在微服务架构中，每个服务都围绕着业务能力构建，并可以独立部署、扩展和更新。微服务架构的基本组件如图1-5所示。

云原生架构的优势显而易见，容器化使得部署的一致性和资源的利用率大幅度提高，服务编排提供了强大的弹性伸缩能力，服务网格保障了服务通信的安全性与可靠性。