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中小型研发团队架构实践三要点

| 作者 张辉清 关注 22 他的粉丝 发布于 2017年11月9日. 估计阅读时间: 14 分钟 | ArchSummit社交架构图谱:Facebook、Snapchat、Tumblr等背后的核心技术

如果你正好处在中小型研发团队……

中小型研发团队很多,而社区在中小型研发团队架构实践方面的探讨却很少。中小型研发团队特别是 50 至 200 人的研发团队,在早期的业务探索阶段,更多关注业务逻辑,快速迭代以验证商业模式,很少去关注技术架构。

这时如果继续按照原有的架构及研发模式,会出现大量的问题,再也无法玩下去了。能不能有一套可直接落地、基于开源、成本低,可快速搭建的中间件及架构升级方案呢?

我是一个有十多年经验的 IT 老兵,曾主导了两家公司的技术架构升级改造,现抛砖引玉,与大家一起探讨这方面的问题。

在接下来的一段时间里,我会陆续推出此系列文章。

根据我们以往的经验,分享者主讲一个小时左右,业务研发就可以快速地进入项目实战。对于后面新加入的团队成员,也可通过 WIKI 自主快速学习。这是我们之前对自己的要求,尽量降低工具对人员的要求,简单实用、降低成本。

文章中部分 Demo 采用 C# 语言, 但到了框架或架构层面,与语言本身没有太多直接的关系。如 RabbitMQ、Job、Redis 和集中式日志,它们服务端的部署是一样的,只是客户端语言版本稍有不同。

所有 Demo 都可直接运行,服务地址及管理后台也可直接访问。因为部署在公有云,牵涉到成本费用的问题,我计划持续到明年 3 月底。

这些小小的基础工作,希望能够帮到中小型研发团队,解决大家项目中遇到的实际问题。愿与你一起成长,你的分享和点赞是我此次付出的动力,谢谢!

整个系列文章分为三个部分,包括 框架篇架构篇公共应用篇

  • 框架篇 即中间件或工具的使用,如缓存、消息队列、集中式日志、度量、微服务框架等,工欲善其事,必先利其器。
  • 架构篇 主要是设计思想的提升,有企业总体架构、单个项目架构设计、统一应用分层等。
  • 公共应用篇 是业务与技术的结合,有单点登录和企业支付网关。

以下是篇章的具体介绍:

框架篇——工欲善其事,必先利其器

如果说运维是地基,那么框架就是承重墙。农村建住房是一块砖一块砖地往上垒,而城市建大 House 则是先打地基,再建承重墙,最后才是垒砖,所以中间件的搭建和引进是建设高可用、高性能、易扩展可伸缩的大中型系统的前提。

框架篇中的每篇主要由四部分组成:它是什么工作原理使用场景可直接调试的 Demo。其中 Demo 及中间件历经两家公司四年时间的考验,涉及几百个应用,100 多个库 1 万多张表,日订单从几万张到十几万,年 GMV 从几十亿到几百亿。

所有中间件及工具都是基于开源,早期我们也有部分自主研发如集中式日志和度量框架。后期在第二家公司时为了快速地搭建,降低成本,易于维护和扩展,全部改为开源。这样不仅利于个人的学习成长、知识重用和职业生涯,也利于团队的组建和人才的引进。

集中式缓存 Redis

缓存是计算机的难题之一,分布式缓存亦是如此。Redis 看起来非常简单,但它影响着系统的效率、性能、数据一致性。

用好它不容易,涉及到的问题包括:缓存时长(复杂多维度的计算)、缓存失效处理(主动更新)、缓存键(Hash 和方便人工干预)、缓存内容及数据结构的选择、缓存雪崩的处理、缓存穿透的处理等。

Redis 除了缓存的功能,还有其它功能如 Lua 计算能力、Limit 与 Session 时间窗口、分布式锁等。

消息队列 RabbitMQ

消息队列好比葛洲坝,有大量数据的堆积能力,然后再可靠地进行异步输出。它是 EDA 事件驱动架构的核心,也是 CQRS 同步数据的关键。为什么选择 RabbitMQ 而没有选择 Kafka,因为业务系统有对消息的高可靠性要求,以及对复杂功能如消息确认 Ack 的要求。

集中式日志ELK

日志主要分为系统日志应用日志两类。试想一下,你该如何在一个具有几百台服务器的集群中定位到问题?如何追踪每天产生的几 G 甚至几 T 的数据?集中式日志就是此类问题的解决方案。

早期我们使用自主研发的 Log4Net+MongoDB 来收集和检索日志信息,但随着数据量的增加,查询速度却变得越来越慢。后期改为开源的 ELK,虽然易用性有所下降,但它支持海量数据以及与编程语言无关的特征。下面是 ELK 的架构图。

任务调度 Job

任务调度 Job 如同数据库作业或 Windows 计划任务,是分布式系统中异步和批处理的关键。我们的 Job 分为 WinJob 和 HttpJob:WinJob 是操作系统级别的定时任务,使用开源的框架 Quartz.NET 实现;而 HttpJob 则是自主研发实现,采用 URL 方式可定时调用微服务。

HttpJob 借助集群巧妙地解决了 WinJob 的单点和发布问题,并集中管理所有的调度规则,调度规则有简单规则和 Cron 表达式。HttpJob 它简单易用,但间隔时间不能低于 1 分钟,毕竟通过 URL 方式来调度并不高效。下图是 HttpJob 的管理后台。

应用监控 Metrics

“没有度量就没有提升”,度量是改进优化的基础,是做好一个系统的前置条件。Zabbix 一般用于系统级别的监控,Metrics 则用于业务应用级别的监控。

业务应用是个黑盒子,通过数据埋点来收集应用的实时状态,然后展示在大屏或看板上。它是报警系统和数字化管理的基础,还可以结合集中式日志来快速定位和查找问题。我们的业务监控系统使用 Metrics.NET+InfluxDB+Grafana

微服务框架 MSA

微服务是细粒度业务行为的重用,需要与业务能力及业务阶段相匹配。微服务框架是实现微服务及分布式架构的关键组件,我们的微服务框架是基于开源 ServiceStack 来实现。

它简单易用、性能好,文档自动生成、方便调试测试,调试工具 Swagger UI、自动化接口测试工具 SoapUI。微服务的接口开放采用我们自主研发的微服务网关,通过治理后台简单的配置即可。网关以 NIO、IOCP 的方式实现高并发,主要功能有鉴权、超时、限流、熔断、监控等,下图是 Swagger UI 调试工具。

搜索利器 Solr

分库分表后的关联查询,大段文本的模糊查询,这些要如何实现呢?显然传统的数据库没有很好的解决办法,这时可以借助专业的检索工具。

全文检索工具 Solr 不仅简单易用性能好,而且支持海量数据高并发,只需实现系统两边数据的准实时或定时同步即可。下图是 Solr 的工作原理。

更多工具

  • 分布式协调器 ZooKeeper
    ZK 工作原理、配置中心、Master 选举、Demo,一篇足以。
  • ORM 框架
    Dapper.NET 语法简单、运行速度快,与数据库无关,SQL 自主编写可控,是一款适合于互联网系统的数据库访问工具。
  • 对象映射工具 EmitMapper 和 AutoMapper
    EmitMapper 性能较高,AutoMapper 易用性较好。
  • IoC 框架
    控制反转 IoC 轻量级框架 Autofac。
  • DLL 包管理
    公司内部 DLL 包管理工具 NuGet,可解决 DLL 集中存储、更新、引用、依赖问题。
  • 发布工具 Jenkins
    一键编译、发布、自动化测试、一键回滚,高效便捷故障低。

架构篇——思想提升

会使用以上框架并不一定能成为优秀的架构师,但一位优秀架构师一定会使用框架。架构师除了会使用工具外,还需要设计思想的提升和性能调优技能。

此篇以真实项目为背景,思想方法追求简单有效,主要内容包括 企业总体架构单个项目架构设计统一应用分层调试工具 WinDbg

企业总体架构

当我们有了几百个上千个应用后,不仅仅需要单个项目的架构设计,还需要企业总体架构做顶层思考和指导。大公司与小商贩的商业思维是一样的,但大公司比较难看到商业全貌和本质。而小公司又缺乏客户流量和中间件的应用场景,中型公司则兼而有之,所以企业总体架构也相对好落地。

企业总体架构需要在 技术业务管理 之间游刃有余地切换,它包括业务架构、应用架构、数据架构和技术架构。附档是一份脱敏感信息后的真实案例,有参考 TOGAF 标准。但内容以解决公司系统的架构问题为导向、以时间为主线,包括企业商务模型、架构现状、架构规划和架构实施。

单个项目架构设计

单个项目的架构设计如同施工图纸,能直接指导工程代码的实施。上一环是功能需求,下一环是代码实施,这是架构设计的价值所在。从功能需求到用例,到用例活动图,到领域图、架构分层,到核心代码,它们之间环环相扣。

做不好领域图可能源自没有做好用例活动图,因为用例活动图是领域图的上一环。关注职责、边界、应用关系、存储、部署是架构设计的核心,下图是具体案例参考。

统一应用分层

给应用分层这件事情很简单,但是让一家公司的几百个应用采用统一的分层结构,这可不是件简单的事情。它要做到可大可小、简单易用、支持多种场景,我们使用 IPO 方式:I 表示 Input、O 表示 Output、P 表示 Process,一进一出一处理。应用系统的本质就是机器,是处理设备,也是一进一出一处理,IPO 方式相对于 DDD 而言更为简单实用。

调试工具 WinDbg

生产环境偶尔会出现一些异常问题,而 WinDbg 或 GDB 就是解决此类问题的利器。调试工具 WinDbg 如同医生的听诊器,是系统生病时做问题诊断的逆向分析工具,Dump 文件类似于飞机的黑匣子,记录着生产环境程序运行的状态。

主要介绍调试工具 WinDbg 和抓包工具 ProcDump 的使用,并分享一个真实的案例。N 年前不知谁写的代码,导致每一两个月偶尔出现 CPU 飙高的现象。

我们先使用 ProcDump 在生产环境中抓取异常进程的 Dump 文件,然后在不了解代码的情况下通过 WinDbg 命令进行分析,最终定位到有问题的那行代码。

公共应用篇

先工具再框架,然后架构设计,最后深入公共应用。公共应用因为与业务系统结合紧密,但又具有一定的独立性,所以一般自主开发,不使用开源也不方便开源。公共应用主要包括单点登录、企业支付网关、CTI 通讯网关(短信邮件微信),此次分享单点登录和企业支付网关。

单点登录

应用拆分后总要合在一起,拆分是应用实施层面的拆分,合成是用户层面的合成,而合成必须解决认证和导航问题。单点登录 SSO 即只需要登录一次,便可到处访问,它是建立在用户系统、权限系统、认证系统和企业门户的基础上。我们的凭证数据 Token 使用 JWT 标准,以解决不同语言、不同客户端、跨 WebAPI 的安全问题。

企业支付网关

企业支付网关集中和封装了公司的各大支付,例如支付宝、财付通、微信、预付款等。它统一了业务系统调用各支付接口的方式,简化了业务系统与支付系统的交互。

它将各种支付接口统一为支付、代扣、分润、退款、退分润、补差、转账、冻结、解冻、预付款等,调用时只需选择支付类型即可。企业支付网关将各大支付系统进行集中的设计、研发、部署、监控、维护,提供统一的加解密、序列化、日志记录,安全隔离。

本系列文章涉及内容清单如下(并不按这顺序发布),其中有感兴趣的,欢迎关注:

  • 开篇
  • 缓存 Redis
  • 消息队列 RabbitMQ
  • 集中式日志 ELK
  • 任务调度 Job
  • 应用监控 Metrics
  • 微服务框架 MSA
  • 搜索利器 Solr
  • 分布式协调器 ZooKeeper
  • 小工具:Dapper.NET/EmitMapper/AutoMapper/Autofac/NuGet
  • 发布工具 Jenkins
  • 总体架构设计
  • 单个项目架构设计
  • 统一应用分层
  • 调试工具 WinDbg
  • 单点登录
  • 企业支付网关
  • 结篇

作者介绍

张辉清,10 多年的 IT 老兵,先后担任携程架构师、古大集团首席架构、中青易游 CTO 等职务,主导过两家公司的技术架构升级改造工作。现关注架构与工程效率,技术与业务的匹配与融合,技术价值与创新。

感谢雨多田光对本文的审校。

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