系统设计1：聊一聊架构设计原则

概述

如何更好的完成一个复杂系统的开发，是每一个高级程序员必须思考的话题。

对于简单的单体应用，并发量少，只需满足功能需求即可。然而越是大型的应用，它所要考虑的因素就越来越多，通常来讲，架构设计应考虑三个关键点：

高可用（High Availability）

高可用的衡量指标通常为几个9，它是衡量系统稳定工作的指标。5个9，即99.999%表示一年出事故不超过5分钟，4个9，即99.99表示一年出事故不超过1小时，一般来说，系统的关键模块至少保证4个9。

具体的高可用又可分为存储的高可用，计算的高可用，业务的高可用。

高性能（High Performance）

随着系统并发量的增多，对资源的消耗越大，主要是两块，CPU和存储，分别代表存储的高性能，和CPU的高性能。

性能优化是一个很大的话题，也有非常多的手段，后面有空我将单独拿出来写一篇文章。

可扩展性（Scalability）

拆分是提升系统扩展性最重要的一个思路，它会把庞杂的系统拆分成独立的，有单一职责的模块。相对于大系统来说，考虑一个一个小模块的扩展性当然会简单一些。将复杂的问题简单化，这就是我们的思路。

其他

除了上面说的三个关键点之外，架构设计还应考虑成本（可维护性，人力成本，运行成本等），安全性等等，在此不多赘述。

solid设计原则

我们知道Java有23中设计模式，比较难全部记住，但是其中透露的思想可以归为solid设计原则里面。

solid设计原则是有由 Robert Martin 主张在面向对象设计和变成（OOD&OOP）过程中需要遵守的几个重要原则。

1. 单⼀职责原则 （The Single Responsibility Principle）: 修改某个类的理由应该只有一个，如果超过一个，说明类承担不止一个职责，要视情况拆分。
2. 开放封闭原则（The Open Closed Principle）：软件实体应该对扩展开放，对修改封闭。一般不要直接修改类库源码（即使你有源代码），通过继承等方式扩展。
3. 里式替代原则（The Liskov Substitution Principle）：当一个子类的实例能够被替换成任何超类的实例时，它们之间才是真正的 is-a 关系。
4. 接口分离原则（The Interface Segregation Principle）：不要强迫用户去依赖它们不使用的接口。换句话说，使用多个专门的接口比使用单一的大而全接口要好。
5. 依赖倒置原则（The Dependency Inversion Principle）：高层模块不应该依赖于底层模块，二者都应该依赖于抽象。换句话说，依赖于抽象，不要依赖于具体实现。

具体的介绍可以见我的另一篇文章《设计原则与生活》

CAP原理

谈到分布式，就要不得不提CAP理论。

CAP认为，一个分布式系统最多同时满足一致性（Consistency）,可用性（Availability）和分区容忍性（Parition Tolerance）这三项中的两项。

• 一致性：指all nodes see the same data at the same time，即更新操作成功，所有节点在同一时间的数据完全一致。
• 可用性：指Reads and writes always succeed，即服务一直可用，而且响应时间正常。
• 分区容忍性：指the system continue to operate despite arbitrary message loss or failure of part of the system，即分布式系统在遇到某节点或网络分区故障时，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务。

一般来说，分区容忍性P必须满足，我们要在一致性C和可用性A之间做取舍。

然而真正做到强一致性非常难，这时候就出现了BASE理论。

BASE理论

BASE理论是对于 CAP 理论的延伸，核⼼思想是即使无法做到强一致性 (Strong Consistency，CAP 中的一致性指强一致性)，但是可以采用适当的方式达到最终一致性 (Eventual Consistency)。

BASE 指基本可用 (Basically Available)、软状态 (Soft State) 和最终一致性 (Eventual Consistency)。

• 基本可用 (Basically Available)：是指分布式系统在出现故障时，允许损失部分可用性，即保证核心可用。比如服务降级。
• 软状态 (Soft State)：是指允许系统存在中间状态，而该中间状态不会影响系统的整体可用性。分布式存储中一般一份数据至少存三个副本，允许不同节点间副本同步的延迟就是软状态的体现。
• 最终一致性 (Eventual Consistency)：是指系统中的所有数据副本经过一段时间后，最终能够达成一致状态。弱一致性和强一致性相反，最终一致性是弱一致性的一种特殊情况。

康威法则

Melvin Conway 在 1967 年提出所谓康威法则，指出组织架构和系统架构之间有一种隐含的映射关系：
Organization which design system are constrained to produce designs which are copies of the communication structures of these organization.

设计系统的组织其产生的设计等价于组织间的沟通结构。

也可以倒过来阐述：

Conway’s law reversed：You won’t be able to successfully establish an efficient organization structure that is not supported by your system design(architecture)。

如果系统架构不支持，你无法建立一个高效的组织；同样，如果你的组织架构不支持，你也无法建立一个高效的系统架构。