系统架构

关于系统架构

系统架构是构建高质量软件系统的基础。本模块涵盖系统设计原则、分布式系统、微服务、高可用、高性能等核心主题。

🏗️ 架构体系

01 - 系统设计

软件设计的核心原则和模式

设计原则：SOLID 原则、DRY、KISS
架构模式：分层、微服务、事件驱动
容量规划：性能评估、扩容策略

02 - 分布式系统

构建可靠的分布式系统

CAP/BASE 理论：一致性、可用性、分区容错
分布式锁：Redis、ZooKeeper 实现
分布式事务：2PC、3PC、Saga

03 - 高可用

保障系统的可用性

高可用原则：冗余、故障隔离
限流：令牌桶、漏桶算法
故障转移：主从切换、自动恢复
容灾：异地多活、备份恢复

04 - 高性能

优化系统性能

性能指标：QPS、延迟、吞吐量
并发优化：线程池、协程
I/O 优化：异步 I/O、零拷贝
池化模式：连接池、对象池

05 - 微服务

构建可扩展的微服务架构

服务拆分：领域驱动设计
API 设计：RESTful、GraphQL、gRPC
服务治理：服务发现、负载均衡
Service Mesh：Istio、Linkerd

06 - 数据库架构

数据库设计和优化

MySQL 优化：索引、查询优化
分库分表：水平拆分、垂直拆分
读写分离：主从复制

07 - 缓存架构

提升系统性能的缓存策略

缓存模式：Cache-Aside、Write-Through、Write-Behind
缓存策略：LRU、LFU、过期策略

08 - 消息队列

构建异步和解耦的系统

MQ 模式：点对点、发布订阅
可靠性保证：消息持久化、幂等性

09 - 安全

保障系统安全

认证与授权：OAuth、JWT
加密：对称加密、非对称加密
安全防护：SQL 注入、XSS、CSRF

10 - 可观测性

监控和诊断系统

日志：日志收集、分析
指标：监控指标、告警
链路追踪：分布式追踪

🎯 学习路径

mermaid

graph TB
    A[系统设计原则] --> B[架构模式]
    B --> C[分布式系统]
    C --> D[微服务架构]
    D --> E[高可用设计]
    D --> F[高性能优化]
    E --> G[可观测性]
    F --> G

💡 核心概念

架构设计原则

原则	说明	应用场景
单一职责	一个模块只做一件事	服务拆分、类设计
开闭原则	对扩展开放，对修改关闭	插件系统、策略模式
依赖倒置	依赖抽象而非实现	接口设计、依赖注入
高内聚低耦合	模块内部紧密，模块间松散	微服务设计

CAP 理论

CAP 定理

分布式系统最多只能同时满足以下三项中的两项：

C (Consistency)：一致性
A (Availability)：可用性
P (Partition tolerance)：分区容错性

常见选择：

CP：ZooKeeper、HBase
AP：Cassandra、DynamoDB
CA：传统关系型数据库（单机）

微服务模式

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                  API Gateway                     │
│         (认证、限流、路由、聚合)                  │
└──────────┬─────────┬─────────┬──────────────────┘
           │         │         │
    ┌──────▼──┐  ┌───▼────┐  ┌▼──────────┐
    │ 用户服务 │  │订单服务│  │ 支付服务   │
    └──────┬──┘  └───┬────┘  └┬──────────┘
           │         │         │
    ┌──────▼─────────▼─────────▼──────────┐
    │         服务注册与发现中心            │
    │         (Consul / Eureka)           │
    └─────────────────────────────────────┘

🔧 实践建议

1. 架构设计

✅ 从业务出发，不要过度设计
✅ 优先考虑可维护性而非性能
✅ 使用成熟的技术栈
✅ 保持架构的演进性

2. 性能优化

优化顺序

数据库优化：索引、查询优化
缓存：Redis、CDN
异步化：消息队列
水平扩展：分库分表、负载均衡

3. 高可用保障

可用性级别：
- 99.9%  (3 个 9)  → 年停机时间 8.76 小时
- 99.99% (4 个 9)  → 年停机时间 52.56 分钟
- 99.999% (5 个 9) → 年停机时间 5.26 分钟

实现手段：

负载均衡
主从切换
熔断降级
限流保护

📚 经典案例

秒杀系统设计

挑战：

瞬时高并发
库存超卖
用户体验

解决方案：

用户请求
    ↓
【前端】
    - 按钮防重复点击
    - 验证码
    ↓
【接入层】
    - CDN 静态资源
    - Nginx 限流
    ↓
【应用层】
    - Redis 预减库存
    - 消息队列削峰
    ↓
【数据层】
    - MySQL 扣减库存（乐观锁）
    - 订单异步处理

海量数据处理

场景：10 亿条用户数据查询

方案：

分库分表：按用户 ID hash
索引优化：建立合适的索引
读写分离：主库写，从库读
缓存：热点数据放 Redis
ES 搜索：复杂查询用 Elasticsearch

🚀 进阶资源

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02 - 分布式系统 ​

03 - 高可用 ​

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05 - 微服务 ​

06 - 数据库架构 ​

07 - 缓存架构 ​

08 - 消息队列 ​

09 - 安全 ​

10 - 可观测性 ​

🎯 学习路径 ​

💡 核心概念 ​

架构设计原则 ​

CAP 理论 ​

微服务模式 ​

🔧 实践建议 ​

1. 架构设计 ​

2. 性能优化 ​

3. 高可用保障 ​

📚 经典案例 ​

秒杀系统设计 ​

海量数据处理 ​

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