架构杂谈——也谈互联网系统架构演进

Posted 2023-02-02 老农小江

Tips：

说到互联网系统架构，随便网上一搜都有大量的相关文章/书籍，而这些，得益于过去几年互联网行业的快速发展与繁荣，在今天看来，这些技术/解决方案似乎早已不是什么新鲜的东西了，但是，本文笔者仍想简单聊聊这个话题，权当闲聊了。一家之言，姑且看看，不妥之处，还请淡然笑之。

一、前言

说到互联网系统架构，在互联网行业日渐成熟的今天，一谈到这背后的技术体系，很多人脑海中可能就会浮现从网上看到的，一个个庞大的知识图谱，能说地清楚其中一二的同学，自然是志得意满，而对于新入行的同学来说，则可能直接就劝退了。
那么，我们是否需要对所有的这些相关技术，都全部学习掌握呢？笔者以为，大可不必过渡焦虑，需要明白的是，一个庞大而复杂的互联网架构体系，必然是由一个强大的团队来共同支撑维护的，团队成员各司其职、各尽所长，而这也就是团队的力量。
当然，对于互联网系统架构的演进过程，相信很多人都有自己的理解，从单体应用到分布式应用、从开发框架到中间件技术、从容器化到云原生等等，不一而足。不过，在这庞杂的技术体系中，从宏观上理清其演变过程中的关键节点与可能面临的关键问题，对于我们理解一个大型互联网系统的架构，是很有裨益的。

二、大型互联网系统架构常见演变过程

Tips:
系统架构应当是基于具体业务场景的，脱离了具体业务谈技术架构，难免有空中楼阁、镜花水月之嫌。系统架构常见的演变过程，网上的相关文章不胜枚举，不过，为了保持本文整体的完整性与连惯性，笔者以为，仍需从基本的系统架构演进过程说起，纲举则目张，先对常见大型互联网系统架构的演进过程有一个整体上的大致梳理，再说演进过程中常见的问题，也就水到渠成了。

“一个优秀的大型互联网系统架构，不是设计出来的，而是不断演进而来的” ，类似的观点，相信大家都有所了解，也有所思考，但是，为什么是这样的呢？是技术同学技术能力不够，设计不出优秀的系统架构吗，还是说技术同学写的BUG太多，需要不断修复？
笔者以为，都不是，架构的演变，其本质在于技术是服务于业务需求的，而业务需求是不断变化发展的，而这，天生就注定了技术架构的不断演变，是一种必然的选择。也正是因为随着业务的不断发展，用户体量不断增长，业务场景越来越复杂，为了不断满足这些需求，对系统的要求也就自然越来越高，所以，这才是系统架构不断演变的根本原因。
通常情况下，互联网系统技术架构的演变大致会经历以下几个阶段：

在云服务越来越成熟的今天，以下，笔者对各阶段的技术架构进行简单说明：

1、单节点架构
在互联网业务发展的初期，通常是一些尝试性的产品探索/试验，而这些需求往往就是需求提出者的一个瞬间想法/点子，衍生完善而来。其需要的是快速实现其创意，并快速投放到市场验证，然后不断收集市场反馈，完善整体的产品逻辑，因此，其典型特点就是时效要求高、产品逻辑不够完善、不确定性大。
在这一阶段，对技术架构通常没有太高的要求，只需要实现基本的业务功能就行，从而技术投入自然也就不大，因此，单节点架构是比较适合的。即通常所说的，所有代码写在一个工程中，应用、存储等服务部署在一台机器上。技术人员在这一阶段最关键的在于保持良好的编程习惯、尽量预留演进余地。
当然，在云服务日渐成熟的今天，单节点架构通常如下图所示：

即，技术人员只需要将自己的业务代码部署在云服务器上，数据直接存储在云数据库中，高效且可靠性较高。（当然，也可以直接在云服务器上自己搭建数据库来存储，但现在一般不会/不需要这么做了）

2、集群架构
随着业务的发展，对系统的处理能力、高可用性也就提出了越来越高的要求，在单节点的基础上，集群架构应运而生，集群架构通常如下图所示：

在集群架构阶段，引入的技术/组件会慢慢变多，团队成员也会逐渐壮大，到了这一阶段，说明核心产品形态已初步成型，并已有相对稳定的、一定规模的流量，此时，技术团队开始迎来挑战。在这一阶段，技术团队最大的关键问题在于规范制定/团队建设/人才储备。

Tips:
在云服务厂商的支持下，集群架构已经能够支撑较大的用户流量了。云服务器、云数据库等云端基础服务的支撑能力，也比前些年要好了很多，升级扩容也方便了许多，已经足够满足一般规模下的系统性能需求了。所以，不要觉得业务量一上来，就立马要改系统架构，因为这反而可能带来不必要的麻烦。有时，直接通过升级云服务器/云数据库等的配置，就可以解决问题了。（通常来说，常规业务场景下，通过一些优化改造，顶住1万以内的QPS是没有太大问题的）。

3、分布式集群架构
随着业务的进一步发展，系统流量越来越大，业务复杂度越来越高，需求迭代越来越频繁，技术团队成员也快速发展（50人以上），此时，团队协作、业务响应效率、系统“三高”诉求等问题日益凸显，集群架构的不足之处日渐明显，此时，分布式集群架构的改造工作，也就需要开始提上日程了。

分布式集群架构简易示意如下图所示：

从集群架构演变到分布式集群架构，业务场景复杂度、技术复杂度都变地极高，繁杂的业务/技术需求，要求一个更专业的团队去整体协作支撑。在这一阶段，技术团队的关键问题在于技术选型/团队协作/工具化自动化/业务重构 。（实际系统架构情况要远远复杂得多，此处只是简单示意）

Tips:
分布式集群架构改造过程中，需要对业务进行合理的梳理与服务划分，否则，技术架构的改造不但不能解决实际问题，反而可能带来一系列的麻烦，那就真的成了“毒药”了。

4、未来架构
未来系统架构到底会往哪个方向发展，是往ServiceMesh方向发展，还是往Serverless方向发展，异或是别的方向？笔者也说不好，虽然这些技术架构方案都在某些方面体现了一些优越性，看起来设计理念确实很好，但是目前为止，笔者还没有看到太多成功落地实施的、较大规模系统的相关案例。所以，此处笔者也就不多妄言了。
但是，笔者以为，有一点趋势还是比较明显的，那就是，云服务在未来技术架构中，将扮演越来越重要的角色。未来，对绝大多数中小企业来说，技术架构的"云化"将是必然的选择；与此同时，随着云服务的日益完善，低代码化也将成为一个重要的、解决实际业务问题的一种选择。

Tips:
微服务架构、容器化部署架构、SOA架构、混合云架构等等，笔者以为，其实都可以看做是集群架构/分布式集群架构的延伸与变种，虽然具体概念上有些不同，但大体上来说，基本上在相应的设计理念边界上，并没有颠覆性的区别。

以上，就是对互联网系统架构演进过程的简单描述，作为一名技术人员，通常来说，大概率是不会完整经历以上过程的，能亲身经历一个大型互联网系统架构从0到1的演变过程，实属幸运。

三、架构演变不常说的一些问题

以上所述，在不少书籍/教程中基本都有相关的详细描述，笔者就不再过多赘述了，此处笔者再说几点其它地方可能提的比较少的，关于系统架构演变相关的一些问题。

1、选择分布式集群架构的原因
采用分布式集群架构（微服务），最关键的原因，不仅仅是为了解决系统性能问题，很大一部分原因，是为了解决业务迭代、团队协作、开发调试、编译部署等问题。这是因为，随着系统业务复杂度的提升、团队成员的增加，对单节点架构/集群架构来说，除了性能问题外，业务耦合度高且逻辑不清晰、业务版本迭代不便且协作开发易冲突、代码调试繁琐且部署风险大，等相关问题会逐渐变成主要矛盾，而通过分布式架构改造，就能较好地解决这些问题。

2、分布式集群架构改造的关键点
在技术架构演变的过程中，决不是简单粗暴地扩机器、拆代码、分服务，在不断演进过程中，难点其实在于对业务模型的完善设计，对业务流程的重新梳理，也就是业务架构。
如果说，从单节点架构/集群架构过渡到分布式集群架构的过程中，只是选一个分布式服务框架，然后将原有代码结构进行简单拆分成各个服务包，再通过框架来进行调用，那么，这决不算完成了分布式架构的演进。现如今，社区已有较为成熟的整套分布式集群架构解决方案，在系统改造过程中，分布式框架的选型与技术方案的制定，已不再是最困难的问题。相对而言，在改造过程中，如何对现有业务逻辑进行整体梳理与服务划分改造，才是重点与难点，因为在这一阶段，通常会面临改造服务与线上服务同时运行的兼容问题，以及其它可能存在的较为沉重的历史包袱。（这也是DDD最近几年日趋火热的原因之一吧）

3、架构演变需要考虑的因素
技术是服务于业务的，不能完全脱离于业务谈技术架构，所以，在进行技术架构设计/选型时，要充分结合实际业务场景进行取舍与平衡，切忌盲目随大流，人云亦云。更进一步，业务通常都是基于一定的商业目的的（政府/公益组织等不在其中），所以，在做技术架构时，商业因素有时也是需要考虑的。有时，甚至政策/法律/语言文化等因素，可能也需要有所考量。

4、架构演进的终点
技术架构是一个非常复杂的系统工程，从宏观上的整体把握到基本的代码实现，从服务端架构到客户端架构，从基础中间件到异构系统，凡此种种，浩如烟海，学无止境，我们只是站在前人的肩膀上，才不至于太过狼狈，要时刻心怀敬畏之心。分布式集群架构的代码改造完成只是万里长征的第一步，后续，服务治理才是分布式集群架构中的重点与难点。可以说，只要业务场景有需要，技术架构演进，永无止境。

5、架构演进技术选型的原则
现如今，大多数技术痛点，社区都有许多成套的相关解决方案，在这个时候，切忌盲目套用，一篮子全都使用了，造成整个技术体系异常庞杂，开发/维护都较为繁琐。需要注意的是，技术架构不是做的越多越好，相反，应当尽量少做，大道至简。我们应该结合自己的实际情况，如业务场景、团队整体技术栈、成员技术水平等综合考量，尽量选择通用的、成熟的相关解决方案就可以了，不需要追求所谓“前沿”但还不够成熟的相关技术，简洁而清晰的，往往是最适合的。

6、架构演进落地的关键点
系统架构的演进过程，其实就是一个不断取舍/平衡的过程，“三高”系统架构有常用的三板斧（扩容、缓存、流控），技术架构演变到最后，要实际落地的话，也会有三个关键问题需要处理，那就是业务、技术、团队协作之间这三者的平衡。

业务，指的是实际业务场景与业务迭代诉求；技术，指的是技术选型与制定的技术方案；团队协作，指的是技术团队内部之间（基础架构团队、运维团队、业务开发团队等）、跨部门团队之间的沟通与协作。如果这三者之间的关系没有处理/协调好的话，就会出现一个严重的问题，那就是技术方案都制定/预研完成了，结果实际推广落地时，却很难推进，甚至因长时间推不动而最终不了了之。（实际工作中，技术架构的落地，除了技术本身的问题，人的问题往往更难搞）

7、架构演进中的安全问题
在互联网技术架构的演进过程中，系统安全问题通常没有被重点考虑，这点需要引起我们的重视。造成这种情况，应该说有多方面的原因吧，笔者以为，主要原因有以下几个：
一是云服务厂商的日趋完善。云服务使得开发/部署一个基本的、可靠性较高的应用较为简单，更进一步的是，云服务厂商本身，从整体上做了大量的安全方面的基础工作，如防火墙(硬件、软件)、风控识别、数据保护等等。因此，相对于早期的自建机房/服务器托管方式，系统层面的常规安全风险大大降低，即便出现相关风险的时候，云服务厂商也会及时解决/协助解决。而这，也在很大程度上让我们往往对安全问题不够敏感/重视。
二是第三方基础服务商的完善。一个系统所涉及的关键业务流程中的支付(支付宝、微信等)、消息推送(短信、邮件等)、风险识别(涉黄、敏感信息等)等等，都有成熟的服务商提供相关服务，通常只需要接入相应SDK即可快速实现相关能力，简便高效。（第三方基础服务供应商，一般都有一套相对成熟的安全/风控机制）
三是社区开发框架的成熟完善。在今天的互联网技术生态中，类似Spring/Mybatis之类的开发框架已越来越成熟稳定，几乎是行业标配，而得益于这些框架的完善，我们已不需要(或只需少量配置)就可处理/避免大多数常见的安全问题。
那么，我们是否真的可以忽略安全问题呢？当然不是，因为类似用户敏感数据保护问题、“羊毛党”问题等等、时刻警醒者我们，安全问题，无处不在。

最后
工作在云服务厂商日渐成熟的今天，我们非常幸运，也非常不幸…