从零开始学架构

架构设计是技术人员成长和晋升过程中必须掌握的技能，但目前业界缺乏架构师学习和培养方面体系化的知识和实践的指导，本书结合作者多年在架构设计方面的学习、思考、实践，提出了完整的一套架构设计方法论，包括什么是架构、架构设计的目的、架构设计原则、架构设计流程、架构设计模式和技巧、互联网公司技术演进等内容。这套架构设计方法论适合不同行业，比如互联网、企业应用等；也适合不同的技术领域，比如后端架构设计、前端架构设计、客户端架构设计、测试平台架构设计、运维平台架构设计等。

本书由浅入深地阐述了架构设计的相关内容，比较适合以下类型的读者：

· 没有架构设计经验，但对架构设计非常有兴趣，希望学习架构设计技术，提升技术能力，成为“大厂面霸”的读者；

· 已经尝试了一些架构设计，但挖了各种“坑”或踩了各种“坑”，希望知道“为什么”的技术人员；

· 具备一定的架构设计经验，想进一步系统化地提升架构设计能力，成为令人羡慕的“高级技术专家”“资深技术专家”的读者。

互联网资深技术专家，十多年技术老兵，目前带领多个研发团队，承担架构设计、架构重构、技术团队管理、技术培训等职责；专注于开源技术、系统分析、架构设计，对互联网技术的特点和发展趋势有较深入的研究，对系统解耦、高性能、高可用架构有丰富的经验。

1） 架构设计基础，包括架构设计相关概念、历史、原则、基本方法，让架构设计不再神秘。

2） 架构设计流程，描述通用的架构设计流程，让架构设计不再依赖天才的创作，而是有章可循。

3） 架构设计专题：包括高性能架构设计、高可用架构设计、可扩展架构设计，这些模式可以直接参考和应用。

4） 架构设计实战，包括重构、开源方案引入、架构发展路径、互联网架构模板等。

前言

为什么写这本书

每个程序员心中都有一个成为架构师的梦想，梦想是美好的，但道路是曲折的。

我在2006年开始参与架构设计，原本以为学习架构设计就像学习一门编程语言一样，先学习基本的语法，再研究细节和原理，然后实践一下就能够快速掌握。但真正实践后才发现，架构设计的难度和复杂度要高很多。从最早开始接触架构设计，到自我感觉初步完整掌握架构设计，至少花费了6年时间。等到自我感觉彻底掌握架构设计的精髓，至少花费了8年时间（当然，在这个过程中我不是一直在做架构设计）。

我曾经以为是自己天资愚笨才会这样，后来我带了团队，看到几乎每个程序员在尝试架构设计的时候，都面临着我遇到过的各种困惑和瓶颈。特别是我作为职业等级晋升评委的时候，发现很多同学技术能力很强，业务也不错，但却卡在了架构设计这部分。我意识到这应该不是个人天资的问题，而是架构设计本身的一些特性导致的。

我总结了几个架构设计相关的特性。

1. 架构设计的思维和程序设计的思维差异很大。

架构设计的关键思维是判断和取舍，程序设计的关键思维是逻辑和实现。很多程序员在转变为架构师后，很难一开始就意识到这个差异，还是按照写代码的方式去思考架构，这样会导致很多困惑。

2. 架构设计没有体系化的培训和训练机制。

大学的课程几乎没有架构设计相关的课程，架构设计的书籍更多也只是关注某个架构设计点，没有体系化的架构设计书籍，导致程序员在学习上没有明确的指导，只能自己慢慢摸索，效率低，容易踩坑。

3. 程序员对架构设计的理解存在很多误区。

例如，要成为架构师必须要有很强的技术天分；架构师必须有很强的创造力；架构设计必须要高大上才能体现架构师能力；架构一定要具备高可用、高性能……这些似是而非的误区让很多技术人员望而生畏，还没尝试就已经放弃了。

得益于移动互联网技术的快速发展，我有很多机会直接参与架构设计，这些架构背后的业务形形色色，包括社交、电商、游戏、中间件、内部运营系统；用到的技术栈差异也比较大，包括PHP、Java、C++等。虽然每次架构设计对我来说都是一个新的挑战，但正好也提供了非常好的机会，让我亲身体验不同的架构设计。在这个过程中，我不断学习、思考、实践、总结、改进、交流，逐步形成了自己的一套架构设计方法论。

有了这套方法论后，首先，我在做架构设计的时候游刃有余，不管什么样的业务，不管什么样的技术，按照这套方法论都能够设计出优秀的架构，在职业等级面评的时候，就算我之前从来没有接触过对方的业务，也能快速理解对方描述的架构和发现其中做得好或不好的地方；其次，在指导其他同事的时候思路很清晰，容易理解，效果明显。原来对架构设计比较迷茫的同学，通过几次结合案例进行方法论培训，都能够很快地掌握这套方法论并在实践中应用。甚至有很多其他业务线的同学，遇到架构设计的困惑，也来找我交流和指导，按照这套架构设计方法论的指导，能够较快地理清架构设计的思路。

本书的主要出发点就是将这套架构设计方法论分享给更多热爱技术、有架构师梦想的技术人员，降低架构学习的成本，减少架构学习过程中走的弯路，助力大家更快地实现自己的架构师梦想。

本书内容已经在“极客时间”App上开设了“从0开始学架构”的专栏，订阅人数已经超过25000人，成为“极客时间”最受欢迎的专栏，能够得到这么多技术朋友的信任，相信书中的内容一定会让你有所收获。

本书的主要内容

本书涵盖了我的整套架构设计方法论和架构实践，主要包括以下内容。

? 架构基础：先介绍架构设计的本质、历史背景和目的，然后从复杂度来源，以及架构设计的原则和流程来详细介绍架构基础。

? 高性能架构模式：从存储高性能、计算高性能方面介绍几种设计方案的典型特征和应用场景。

? 高可用架构模式：介绍CAP原理、FMEA分析方法，分析常见的高可用存储架构和高可用计算架构，并给出一些设计方法和技巧。

? 可扩展架构模式：介绍可扩展模式及其基本思想，分析一些常见架构模式。

? 架构实战：将理论和案例结合，落地前面提到的架构原则、架构流程和架构模式。

本书适合的对象

? 有一定的编程基础的软件开发工程师。

? 对架构设计有兴趣的技术人员。例如，测试、运维等岗位的人员。

? 有初步的架构设计经验，但需要继续提升的技术人员。

勘误与支持

因个人水平有限，且架构设计整体涵盖的技术范围很广，技术深度很深，书中难免有不足之处，还望读者批评指正。如果你对本书有比较好的建议或对书中内容有所疑惑，可与我联系。

Email：[email protected]

致谢

首先感谢王行云、胡晏秋、陈俊良、张怡炘等同事对本书的勘误和审核，帮助完善了本书的很多细节和内容。

其次感谢家人的支持，在写书的过程中父母、妻子承担了家庭的重任，让我能够安心写作。

特别感谢陈晓猛编辑，本书在他不断督促下才最终写完初稿，后期他耐心地指导、审稿、修改，最终才有了本书的诞生。

特别感谢极客时间架构专栏团队郭蕾、何潇、周君凤等负责人，打造了一个非常成功的架构专栏，他们的高要求也让整体内容更加完善、更加优质。

特别感谢高效运维创始人萧田国、特赞科技CTO黄勇、腾讯云高级总监熊普江、贝壳金服 2B2C CTO史海峰、资深技术专家于君泽（右军）、21CTO社区创始人杜江（洛逸）几位专家对本书的推荐。

目录
第1部分　概念和基础
第１章　架构基础
1．1　“架构”到底指什么
1．1．1　系统与子系统
1．1．2　模块与组件
1．1．3　框架与架构
1．1．4　重新定义架构
1．2　架构设计的目的
1．2．1　架构设计的误区
1．2．2　以史为鉴
1．2．3　架构设计的真正目的
1．3　复杂度来源
1．3．1　高性能
1．3．2　高可用
1．3．3　可扩展性
1．3．4　低成本
1．3．5　安全
1．3．6　规模
1．4　本章小结
第2章　架构设计原则
2．1　合适原则
2．2　简单原则
2．3　演化原则
2．4　本章小结
第3章　架构设计流程
3．1　有的放矢―识别复杂度
3．2　按图索骥―设计备选方案
3．3　深思熟虑―评估和选择备选方案
3．3．1　业务背景
3．3．2　备选方案设计
3．3．3　备选方案360度环评
3．4　精雕细琢―详细方案设计
3．5　本章小结
第2部分　高性能架构模式
第4章　存储高性能
4．1　关系数据库
4．1．1　读写分离
4．1．2　分库分表
4．1．3　实现方法
4．2　NoSQL
4．2．1　K-V存储
4．2．2　文档数据库
4．2．3　列式数据库
4．2．4　全文搜索引擎
4．3　缓存
4．3．1　缓存穿透
4．3．2　缓存雪崩
4．3．3　缓存热点
4．4　本章小结
第5章　计算高性能
5．1　单服务器高性能
5．1．1　PPC
5．1．2　prefork
5．1．3　TPC
5．1．4　prethread
5．1．5　Reactor
5．1．6　Proactor
5．2　集群高性能
5．2．1　负载均衡分类
5．2．2　负载均衡架构
5．2．3　负载均衡的算法
5．3　本章小结
第3部分　高可用架构模式
第6章　CAP
6．1　CAP理论
6．1．1　一致性（Consistency）
6．1．2　可用性
6．1．3　分区容忍性（Partition Tolerance）
6．2　CAP应用
6．2．1　CP―Consistency/Partition Tolerance
6．2．2　AP―Availability/Partition Tolerance
6．3　CAP细节
6．4　ACID、BASE
6．4．1　ACID
6．4．2　BASE
6．5　本章小结
第7章　FMEA
7．1　FMEA介绍
7．2　FMEA方法
7．3　FMEA实战
7．4　本章小结
第8章　存储高可用
8．1　主备复制
8．1．1　基本实现
8．1．2　优缺点分析
8．2　主从复制
8．2．1　基本实现
8．2．2　优缺点分析
8．3　主备倒换与主从倒换
8．3．1　设计关键
8．3．2　常见架构
8．4　主主复制
8．5　数据集群
8．5．1　数据集中集群
8．5．2　数据分散集群
8．5．3　分布式事务算法
8．5．4　分布式一致性算法
8．6　数据分区
8．6．1　数据量
8．6．2　分区规则
8．6．3　复制规则
8．7　本章小结
第9章　计算高可用
9．1　主备
9．2　主从
9．3　对称集群
9．4　非对称集群
9．5　本章小结
第10章　业务高可用
10．1　异地多活
10．1．1　异地多活架构
10．1．2　异地多活设计技巧
10．1．3　异地多活设计步骤
10．2　接口级的故障应对方案
10．2．1　降级
10．2．2　熔断
10．2．3　限流
10．2．4　排队
10．3　本章小结
第4部分　可扩展架构模式
第11章　可扩展模式
11．1　可扩展概述
11．2　可扩展的基本思想
11．3　可扩展方式
11．4　本章小结
第12章　分层架构
12．1　分层架构类型
12．2　分层架构详解
12．3　本章小结
第13章　SOA架构
13．1　SOA历史
13．2　SOA详解
13．3　本章小结
第14章　微服务
14．1　微服务历史
14．2　微服务与SOA的关系
14．3　微服务的陷阱
14．4　微服务最佳实践
14．4．1　服务粒度
14．4．2　拆分方法
14．4．3　基础设施
14．5　本章小结
第15章　微内核架构
15．1　基本概念
15．2　设计关键点
15．3　OSGi架构简析
15．4　规则引擎架构简析
15．5　本章小结
第5部分　架构实战
第16章　消息队列设计实战
16．1　需求
16．2　设计流程
16．2．1　识别复杂度
16．2．2　设计备选方案
16．2．3　评估和选择备选方案
16．2．4　细化方案
16．3　本章小结
第17章　互联网架构演进
17．1　技术演进
17．1．1　技术演进的动力
17．1．2　淘宝
17．1．3　手机QQ
17．1．4　微信
17．2　技术演进的模式
17．3　互联网业务发展
17．3．1　业务复杂性
17．3．2　用户规模
17．3．3　量变到质变
17．4　本章小结
第18章　互联网架构模板
18．1　总体结构
18．2　存储层技术
18．2．1　SQL
18．2．2　NoSQL
18．2．3　小文件存储
18．2．4　大文件存储
18．3　开发层技术
18．3．1　开发框架
18．3．2　Web服务器
18．3．3　容器
18．4　服务层技术
18．4．1　配置中心
18．4．2　服务中心
18．4．3　消息队列
18．5　网络层技术
18．5．1　负载均衡
18．5．2　CDN
18．5．3　多机房
18．5．4　多中心
18．6　用户层技术
18．6．1　用户管理
18．6．2　消息推送
18．6．3　存储云与图片云
18．7　业务层技术
18．8　平台技术
18．8．1　运维平台
18．8．2　测试平台
18．8．3　数据平台
18．8．4　管理平台
18．9　本章小结
第19章　架构重构
19．1　有的放矢
19．2　合纵连横
19．2．1　合纵
19．2．2　连横
19．3　运筹帷幄
19．4　文武双全―项目管理+技术能力
19．5　本章小结
第20章　开源系统
20．1　选：如何选择一个开源项目
20．1．1　聚焦是否满足业务
20．1．2　聚焦是否成熟
20．1．3　聚焦运维能力
20．2　用：如何使用开源方案
20．2．1　深入研究，仔细测试
20．2．2　小心应用，灰度发布
20．2．3　做好应急，以防万一
20．3　改：如何基于开源项目做二次开发
20．3．1　保持纯洁，加以包装
20．3．2　发明你要的轮子
20．4　本章小结