八种架构设计模式及其优缺点概述(中)

1. 查询分离模式

这种模式主要解决单机数据库压力过大，从而导致业务缓慢甚至超时，查询响应时间变长的问题，也包括需要大量数据库服务器计算资源的查询请求。这个可以说是单库单应用模式的升级版本，也是技术架构迭代演进过程中的必经之路。

这种模式的一般设计见下图：

如上图所示，这种模式较单库单应用模式与内容分发模式多了几个部分，一个是业务数据库的主从分离，一个是引入了ES，为什么要这样？都解决了哪些痛点，下面具体结合业务需求场景进行叙述。

场景一：全文关键词检索

我想这个需求，绝大多数应用都会有，如果使用传统的数据库技术，大部分可能都会使用like这种SQL语句，高级一点可能是先分词，然后通过分词index相关的记录。SQL语句的性能问题与全表扫描机制导致了非常严重的性能问题，现在基本上很少见到。

这里的ES是ElasticSearch的缩写，是一种查询引擎，类似的还有Solr等，都差不多的技术，ES较Solr配置简单、使用方便，所以这里选用了它。另外，ES支持横向扩展，理论上没有性能的瓶颈。同时，还支持各种插件、自定义分词器等，可扩展性较强。在这里，使用ES不仅可以替代数据库完成全文检索功能，还可以实现诸如分页、排序、分组、分面等功能。具体的，请同学们自行学**之。那怎么使用呢？一个一般的流程是这样的：

1. 服务端把一条业务数据落库

2. 服务端异步把该条数据发送到ES

3. ES把该条记录按照规则、配置放入自己的索引库

4. 客户端查询的时候，由服务端把这个请求发送到ES，得到数据后，根据需求拼装、组合数据，返回给客户端

实际中怎么用，还请同学们根据实际情况做组合、取舍。

场景二：大量的普通查询

这个场景是指我们的业务中的大部分辅助性的查询，如：取钱的时候先查询一下余额，根据用户的ID查询用户的记录，取得该用户最新的一条取钱记录等。我们肯定是要天天要用的，而且用的还非常多。同时呢，我们的写入请求也是非常多的，导致大量的写入、查询操作压向同一数据库，然后，数据库挂了，系统挂了，领导生气了，被开除了，还不起房贷了，露宿街头了，老婆跟别人跑了，......

        

不敢想，所以要求我们必须分散数据库的压力，一个业界较成熟的方案就是数据库的读写分离，写的时候入主库，读的时候读从库。这样就把压力分散到不同的数据库了，如果一个读库性能不行，扛不住的话，可以一主多从，横向扩展。可谓是一剂良药啊！那怎么使用呢？一个一般的流程是这样的：

1. 服务端把一条业务数据落库

2. 数据库同步或异步或半同步把该条数据复制到从库

3. 服务端读数据的时候直接去从库读相应的数据

比较简单吧，一些聪明的、爱思考的、上进的同学可能发现问题了，也包括上面介绍的场景一，就是延迟问题，如：数据还没有到从库，我就马上读，那么是读不到的，会发生问题的。

对于这个问题，各家公司解决的思路不一样，方法不尽相同。一个普遍的解决方案是：读不到就读主库，当然这么说也是有前提条件的，但具体的方案这里就不一一展开了，我可能会在接下来的分享中详解各种方案。

另外，关于数据库的复制模式，还请同学们自行学**，太多了，这里说不清。该总结一下这种模式的优缺点的了，如下：

优点：减少数据库的压力，理论上提供无限高的读性能，间接提高业务(写)的性能，专用的查询、索引、全文(分词)解决方案。

缺点：数据延迟，数据一致性的保证。

2. 微服务模式

上面的模式看似不错，解决了性能问题，我可以不用露宿街头了、老婆还是我的，哈哈。但是

软件系统天生的复杂性决定了，除了性能，还有其他诸如高可用、健壮性等大量问题等待我们解决，再加上各个部门间的撕逼、扯皮，更让我们码农雪上加霜，所以

继续吧......

微服务模式可以说是最近的热点，花花绿绿、**小小、国内国外的公司都在鼓吹，实践这个模式，可是大部分都没有弄清楚为什么要这么做，也并不知道这么做有什么好处、坏处，在这里，我将以我自己的亲身实践说一下我对这个模式的看法，不喜勿喷！随着业务与人员的增加，遇到了如下的问题：

1. 单机数据库写请求量大量增加，导致数据库压力变大

2. 数据库一旦挂了，那么整个业务都挂了

3. 业务代码越来越多，都在一个GIT里，越来越难以维护

4. 代码腐化严重、臭味越来越浓

5. 上线越来越频繁，经常是一个小功能的修改，就要整个大项目要重新编译

6. 部门越来越多，该哪个部门改动大项目中的哪个东西，撕逼的厉害

7. 其他一些外围系统直接连接数据库，导致一旦数据库结构发生变化，所有的相关系统都要通知，甚至对修改不敏感的系统也要通知

8. 每个应用服务器需要开通所有的权限、网络、FTP、各种各样的，因为每个服务器部署的应用都是一样的

9. 作为架构师，我已经失去了对这个系统的把控......

为了解决上述问题，我司使用了微服务模式，这种模式的一般设计见下图：

如上图所示，我把业务分块，做了垂直切分，切成一个个独立的系统，每个系统各自衍化，有自己的库、缓存、ES等辅助系统，系统之间的实时交互通过RPC，异步交互通过MQ，通过这种组合，共同完成整个系统功能。

那么，这么做是否真的解决上述问题了呢？不玩虚的，一个个来说。对于问题一，由于拆分成了多个子系统，系统的压力被分散了，而各个子系统都有自己的数据库实例，所以数据库的压力变小。

对于问题二，一个子系统A的数据库挂了，只是影响到系统A和使用系统A的那些功能，不会所有的功能不可用，从而解决一个数据库挂了，导致所有功能不可用的问题。

问题三、四，也因为拆分得到了解决，各个子系统有自己独立的GIT代码库，不会相互影响。通用的模块可通过库、服务、平台的形式解决。

问题五，子系统A发生改变，需要上线，那么我只需要编译A，然后上线就可以了，不需要其他系统做同样的事情。

问题六，顺应了康威定律，我部门该干什么事、输出什么，也通过服务的形式暴露出来，我部只管把我部的职责、软件功能做好就可以。

问题七，所有需要我部数据的需求，都通过接口的形式发布出去，客户通过接口获取数据，从而屏蔽了底层数据库结构，甚至数据来源，我部只需保证我部的接口契约没有发生变化即可，新的需求增加新的接口，不会影响老的接口。

问题八，不同的子系统需要不同的权限，这个问题也优雅的解决了。

问题九，暂时控制住了复杂性，我只需控制**的方面，定义好系统边界、接口、大的流程，然后再分而治之、逐个击破、合纵连横。

        

目前来说，所有问题得到解决！bingo!

但是，还有许多其他的副作用会随之产生，如RPC、MQ的超高稳定性、超高性能，网络延迟，数据一致性等问题，这里就不展开来讲了，太多了，一本书都讲不完。

另外，对于这个模式来说，最难把握的是度，切记不要切分过细，我见过一个功能一个子系统，上百个方法分成上百个子系统的，真的是太过度了。实践中，一个较为可行的方法是：能不分就不分，除非有非常必要的理由！。

优点：相对高性能，可扩展性强，高可用，适合于中等以上规模公司架构。

缺点：复杂、度不好把握。指不仅需要一个能在高层把控大方向、大流程、总体技术的人，还需要能够针对各个子系统有针对性的开发。把握不好度或者滥用的话，这个模式适得其反！

3.多级缓存模式

这个模式可以说是应对超高查询压力的一种普遍采用的策略，基本的思想就是在所有链路的地方，能加缓存就加缓存，如下图所示：

如上图所示，一般在三个地方加入缓存，一个是客户端处，一个是API网关处，一个是具体的后端业务处，下面分别介绍。

客户端处缓存：这个地方加缓存可以说是效果最好的---无延迟。因为不用经过长长的网络链条去后端业务处获取数据，从而导致加载时间过长，客户流失等损失。虽然有CDN的支持，但是从客户端到CDN还是有网络延迟的，虽然不大。具体的技术依据不同的客户端而定，对于WEB来讲，有浏览器本地缓存、COOKIE、Storage、缓存策略等技术；对于APP来讲，有本地数据库、本地文件、本地内存、进程内缓存支持。以上提到的各种技术有兴趣的同学可以继续展开来学**。如果客户端缓存没有命中，那么就会去后端业务拿数据，一般来讲，都会有个API网关，在这里加缓存也是非常有必要的。

API网关处缓存：这个地方加缓存的好处是不用把请求发送到后方，直接在这里就处理了，然后返回给请求者。常见的技术，如http请求，API网关用的基本都是nginx，可以使用nginx本身的缓存模块，也可以使用Lua+Redis技术定制化。其他的也都大同小异。

后端业务处：这个我想就不用多说了，大家应该差不多都知道，什么Redis,Memcache,Jvm内等等，不熬述了。

实践中，要结合具体的实际情况，综合利用各级缓存技术，使得各种请求最大程度的在到达后端业务之前就被解决掉，从而减少后端服务压力、减少占用带宽、增强用户体验。至于是否只有这三个地方加缓存，我觉得要活学活用，心法比剑法重要！总结一下这个模式的优缺点：

优点：抗住大量读请求，减少后端压力。

缺点：数据一致性问题较突出，容易发生雪崩，即：如果客户端缓存失效、API网关缓存失效，那么所有的大量请求瞬间压向后端业务系统，后果可想而知。

本次分享的中篇到此结束，接下来的下篇将介绍最后三种模式：分库分表模式、弹性伸缩模式、多机房模式，相对来讲技术含量更高，敬请期待！

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