分布式应用系统架构设计与实践

1.分布式系统是为了解决资源（如计算、存储等）紧缺的问题而出现的，它包含分布式应用系统和分布式中间件系统； 2.本书从基础的架构概念入手，由浅入深地讲解分布式应用系统的核心理论，形成了完整的方法论。 3.本书结合账号系统、系统、消息推送系统和区块链系统这4种常见的大型分布式应用系统，详细讲解了架构的实现细节。 4.阅读本书，读者可以掌握分布式应用系统的理论体系，并具备业务实战能力。

随着互联网技术的发展，分布式应用系统对具备高性能、高可用性、可扩展性和可维护性的架构的依赖度越来越高。本书以理论与实践相结合的方式，对分布式应用系统的架构设计进行系统、全面的阐述。本书分为3个部分，第一部分是分布式系统架构概述，介绍一些分布式系统架构下常见的基础概念和架构设计的目标；第二部分是核心理论及技术，介绍分布式应用系统下常见的技术中间件机制和使用场景，着重介绍分布式应用系统在高性能、高可用性、可扩展性和可维护性等方面常见的优化技术；第三部分是架构实践案例，梳理几种常见的大型分布式应用系统的架构，并结合具体问题进行分析，使读者能够真正理解设计分布式应用系统架构所面临的问题及解决问题的思路。 本书主要面向初/中/高级程序员和架构师，但书中的部分内容也适合产品经理、项目经理阅读。此外，本书内容由浅入深且案例丰富，也适合作为培训教材。

谢文辉，阿里巴巴高级技术专家，曾在华为、魅族、深信服担任架构师及技术经理，具有10年以上的系统开发及架构设计经验。他目前在阿里巴巴东南亚电商平台Lazada负责业务风控架构相关工作。他主导过多个双活机房的设计和构建工作，也主导过多个日均活跃用户数达千万级的应用系统的架构设计、改造及优化工作，对分布式应用系统的高性能、高可用性和高并发处理有较为丰富的经验。他的个人兴趣在于大数据存储处理、大规模系统的高性能、高可用性及多机房架构的设计和构建。

第一部分分布式系统架构概述
第1章架构的基础概念3
1.1架构的几个概念3
1.1.1系统与子系统4
1.1.2模块与组件4
1.1.3组件与框架4
1.2架构设计的目标5
1.2.1高性能5
1.2.2高可用性6
1.2.3可扩展性7
1.2.4可维护性8
1.3小结9
第2章架构的演进10
2.1单体架构10
2.2分层架构11
2.3面向服务架构12
2.4微服务架构体系14
2.4.1微服务架构14
2.4.2服务网格架构16
2.4.3单元化架构17
2.5小结18
第二部分核心理论及技术
第3章常见的基础组件21
3.1数据缓存21
3.1.1Redis高可用实现方案22
3.1.2Redis集群实现方案24
3.1.3Redis跨机房数据同步方案29
3.2数据分发34
3.2.1Kafka的分区机制及副本机制34
3.2.2Kafka高吞吐量实现方案40
3.2.3Kafka跨机房双活方案44
3.3数据存储47
3.3.1关系数据库MySQL48
3.3.2列式存储数据库HBase49
3.3.3文档型存储数据库MongoDB51
3.3.4图数据库Neo4j54
3.3.5内容搜索数据库Elasticsearch57
3.4服务远程调用59
3.4.1RPC架构及原理59
3.4.2Dubbo架构及原理60
3.4.3gRPC架构及原理62
3.5小结63
第4章高性能架构64
4.1基础概念64
4.1.1性能指标64
4.1.2利特尔法则65
4.1.3系统优化分析65
4.1.4系统指标选择66
4.2客户端及网络接入66
4.2.1浏览器访问优化66
4.2.2CDN缓存68
4.2.3反向代理69
4.3数据存储71
4.3.1数据库读写分离71
4.3.2数据库分库/分表82
4.3.3数据库如何实现平滑扩容86
4.3.4NoSQL综合解决方案90
4.4数据缓存95
4.4.1适合做缓存的场景95
4.4.2缓存穿透及解决方案95
4.4.3缓存雪崩及解决方案97
4.4.4缓存击穿及解决方案97
4.4.5如何保障缓存与数据库数据的一致性100
4.5业务逻辑103
4.5.1异步处理103
4.5.2消息队列106
4.6架构模式与负载均衡106
4.6.1多进程并发模式与多线程并发模式107
4.6.2阻塞与非阻塞I/O模式107
4.6.3负载均衡架构109
4.7小结110
第5章高可用架构111
5.1分布式系统的几个理论111
5.1.1CAP理论111
5.1.2BASE理论114
5.2数据存储层116
5.2.1双机架构116
5.2.2数据多副本118
5.3业务逻辑层122
5.3.1有状态和无状态122
5.3.2服务治理124
5.3.3服务降级125
5.3.4服务限流130
5.4多机房架构133
5.4.1多机房的几种架构133
5.4.2多机房多活架构138
5.4.3多机房流量分发141
5.5小结143
第6章可扩展架构144
6.1可扩展的几个维度145
6.1.1横向扩展145
6.1.2垂直扩展146
6.1.3纵深扩展147
6.2可扩展架构的实现148
6.2.1反向代理层148
6.2.2接入层149
6.2.3业务逻辑层150
6.2.4数据缓存层152
6.2.5数据存储层152
6.3几种典型可扩展架构153
6.3.1分层架构153
6.3.2服务化架构153
6.3.3单元化架构154
6.4小结155
第7章可维护架构156
7.1系统监控工具156
7.1.1Zabbix监控系统介绍156
7.1.2Prometheus介绍158
7.1.3中间件监控系统介绍159
7.2业务日志的监控及分析162
7.2.1日志采集及清洗163
7.2.2日志的传输及存储165
7.2.3日志查询及可视化166
7.3业务数据的安全监控及分析167
7.3.1数据安全防护方案167
7.3.2数据授权及审计系统168
7.3.3数据血缘追踪169
7.4小结170
第三部分架构实践案例
第8章账号系统173
8.1系统整体架构173
8.1.1注册服务173
8.1.2认证服务175
8.1.3授权服务176
8.2关键问题及解决方案177
8.2.1如何解决会话粘连问题177
8.2.2如何实现数据一致性181
8.2.3如何实现安全降级183
8.3小结184
第9章系统185
9.1系统整体架构185
9.1.1接入网关186
9.1.2订单及库存服务187
9.1.3支付服务189
9.2关键问题及解决方案190
9.2.1如何优化流量金字塔模型190
9.2.2如何解决并发场景下的库存扣减一致性问题191
9.2.3如何提升热点账户的冲扣性能193
9.3小结197
第10章消息推送系统198
10.1系统整体架构198
10.1.1业务接入层199
10.1.2通道层200
10.1.3客户端层200
10.2关键问题及解决方案200
10.2.1如何实现过载保护201
10.2.2如何提升消息分发性能202
10.2.3如何解决海量消息推送明细的存储问题203
10.2.4如何降低推送的客户端功耗203
10.2.5如何解决消息重复推送问题204
10.2.6如何解决海量长连接问题205
10.2.7如何解决客户端消息伪造问题206
10.3小结206
第11章区块链系统207
11.1系统整体架构及优化207
11.1.1接入层208
11.1.2池化层及指令处理层210
11.1.3网络层213
11.1.4存储层215
11.2小结216