架構(gòu)設(shè)計(jì)的真正目的：是為了解決軟件系統(tǒng)復(fù)雜度帶來(lái)的問(wèn)題，一個(gè)解決方案。

系統(tǒng)復(fù)雜度，如何入手：
1、通過(guò)熟悉和理解需求，識(shí)別系統(tǒng)復(fù)雜性所在的地方，然后針對(duì)這些復(fù)雜點(diǎn)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。
2、架構(gòu)設(shè)計(jì)并不是要面面俱到，不需要每個(gè)架構(gòu)都具備高性能、高可用、高擴(kuò)展等特點(diǎn)，而 是要識(shí)
別出復(fù)雜點(diǎn)然后有針對(duì)性地解決問(wèn)題。
3、理解每個(gè)架構(gòu)方案背后所需要解決的復(fù)雜點(diǎn)，然后才能對(duì)比自己的業(yè)務(wù)復(fù)雜點(diǎn)，參考復(fù)雜 點(diǎn)相似
的方案。

架構(gòu)即(重要)決策：是 在一個(gè)有約束的盒子里去求解或接近最合適的解。這個(gè)有約束的盒子是團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)、成本、資 源、進(jìn)度、業(yè)務(wù)所處階段等所編織、摻雜在一起的綜合體(人，財(cái)，物，時(shí)間，事等)。架構(gòu)無(wú)優(yōu)劣，但是存在恰當(dāng)?shù)募軜?gòu)用在合適的軟件系統(tǒng)中，而這些就是決策的結(jié)果。需求驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，如下幾點(diǎn)：
1、架構(gòu)是為了應(yīng)對(duì)軟件系統(tǒng)復(fù)雜度而提出的一個(gè)解決方案；
2、架構(gòu)即(重要)決策 ；
3、需求驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，架起分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的橋梁 ；
4、架構(gòu)與開(kāi)發(fā)成本的關(guān)系。
在分析設(shè)計(jì)階段，需要考慮一定的人力與時(shí)間去"跳出代碼，總攬全局"，為 業(yè)務(wù)和IT技術(shù)之間搭建一座"橋梁"。
架構(gòu)設(shè)計(jì)處于軟件研制的前期，一方面，越是前期，如有問(wèn)題，就能夠越早發(fā)現(xiàn)，修改的代價(jià)也就越低；另外一方面，也意味著，軟件實(shí)施后期若有架構(gòu)上的修改，也需要付出更多的價(jià)。

復(fù)雜度來(lái)源：高性能

1、單機(jī)復(fù)雜度-單臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部為了高性能帶來(lái)的復(fù)雜度；
2、集群的復(fù)雜度-多臺(tái)計(jì)算機(jī)集群為了高性能帶來(lái)的復(fù)雜度。

單機(jī)復(fù)雜度

計(jì)算機(jī)內(nèi)部復(fù)雜度有個(gè)重要關(guān)鍵點(diǎn)：操作系統(tǒng)。硬件是操作系統(tǒng)的保證
操作系統(tǒng)和性能最相關(guān)的就是進(jìn)程和線程，
進(jìn)程是操作系統(tǒng)分配資源最小單位，與其他進(jìn)程資源互相獨(dú)立。
線程是操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位，共用進(jìn)程內(nèi)的資源。

集群的復(fù)雜度

主要是通過(guò)大量機(jī)器來(lái)提升性能，并不僅僅是增加機(jī)器這么簡(jiǎn)單，讓多臺(tái)機(jī)器配合起來(lái)達(dá)到高性能的目 的，是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，針對(duì)常見(jiàn)的幾種方式簡(jiǎn)單分析一下。

1、任務(wù)分配
任務(wù)分配的意思是指每臺(tái)機(jī)器都可以處理完整的業(yè)務(wù)任務(wù)，不同的任務(wù)分配到不同的機(jī)器上執(zhí)行。

如圖1 臺(tái)服務(wù)器演變?yōu)?2 臺(tái)服務(wù)器后，架構(gòu)上明顯要復(fù)雜多了，主要體現(xiàn)在：
1、需要增加一個(gè)任務(wù)分配器，這個(gè)分配器可能是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（例如，F5、交換機(jī)等），可能 是軟件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（例如，LVS），也可能是負(fù)載均衡軟件（例如，Nginx、HAProxy），還可 能是自己開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。選擇合適的任務(wù)分配器也是一件復(fù)雜的事情，需要綜合考慮性能、成 本、可維護(hù)性、可用性等各方面的因素。
2、任務(wù)分配器和真正的業(yè)務(wù)服務(wù)器之間有連接和交互（即圖中任務(wù)分配器到業(yè)務(wù)服務(wù)器的連接 線），需要選擇合適的連接方式，并且對(duì)連接進(jìn)行管理。例如，連接建立、連接檢測(cè)、連接 中斷后如何處理等。
3、任務(wù)分配器需要增加分配算法。例如，是采用輪詢算法，還是按權(quán)重分配，又或者按照負(fù)載 進(jìn)行分配。如果按照服務(wù)器的負(fù)載進(jìn)行分配，則業(yè)務(wù)服務(wù)器還要能夠上報(bào)自己的狀態(tài)給任務(wù) 分配器。

假如繼續(xù)提高性能，那么任務(wù)分配器由于瓶頸問(wèn)題也需要增多，如圖：

1、任務(wù)分配器從 1 臺(tái)變成了多臺(tái)（對(duì)應(yīng)圖中的任務(wù)分配器 1 到任務(wù)分配器 M），這個(gè)變化帶來(lái) 的復(fù)雜度就是需要將不同的用戶分配到不同的任務(wù)分配器上（即圖中的虛線“用戶分配”部 分），常見(jiàn)的方法包括 DNS 輪詢、智能 DNS、CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容 分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）、GSLB 設(shè)備（Global Server Load Balance，全局負(fù)載均衡）等。
2、任務(wù)分配器和業(yè)務(wù)服務(wù)器的連接從簡(jiǎn)單的“1 對(duì)多”（1 臺(tái)任務(wù)分配器連接多臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù) 器）變成了“多對(duì)多”（多臺(tái)任務(wù)分配器連接多臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)器）的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
3、 機(jī)器數(shù)量從 3 臺(tái)擴(kuò)展到 30 臺(tái)（一般任務(wù)分配器數(shù)量比業(yè)務(wù)服務(wù)器要少，這里我們假設(shè)業(yè)務(wù) 服務(wù)器為 25 臺(tái)，任務(wù)分配器為 5 臺(tái)），狀態(tài)管理、故障處理復(fù)雜度也大大增加。

上面這兩個(gè)例子都是以業(yè)務(wù)處理為例，實(shí)際上“任務(wù)”涵蓋的范圍很廣，可以指完整的業(yè)務(wù)處 理，也可以單指某個(gè)具體的任務(wù)。例如，“存儲(chǔ)”“運(yùn)算”“緩存”等都可以作為一項(xiàng)任務(wù)，因 此存儲(chǔ)系統(tǒng)、運(yùn)算系統(tǒng)、緩存系統(tǒng)都可以按照任務(wù)分配的方式來(lái)搭建架構(gòu)。此外，“任務(wù)分配 器”也并不一定只能是物理上存在的機(jī)器或者一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，也可以是嵌入在其他程序中 的算法，例如 Memcache 的集群架構(gòu)。

2、任務(wù)分解

通過(guò)任務(wù)分配的方式，我們能夠突破單臺(tái)機(jī)器處理性能的瓶頸，通過(guò)增加更多的機(jī)器來(lái)滿足業(yè)務(wù) 的性能需求，但如果業(yè)務(wù)本身也越來(lái)越復(fù)雜，單純只通過(guò)任務(wù)分配的方式來(lái)擴(kuò)展性能，收益會(huì)越 來(lái)越低。

1、提升任務(wù)性能關(guān)鍵點(diǎn)：
簡(jiǎn)單的系統(tǒng)更加容易做到高性能
系統(tǒng)的功能越簡(jiǎn)單，影響性能的點(diǎn)就越少，就更加容易進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化。而系統(tǒng)很復(fù)雜的情 況下，首先是比較難以找到關(guān)鍵性能點(diǎn)，因?yàn)樾枰紤]和驗(yàn)證的點(diǎn)太多；其次是即使花費(fèi)很大力 氣找到了，修改起來(lái)也不容易，因?yàn)榭赡軐?A 關(guān)鍵性能點(diǎn)提升了，但卻無(wú)意中將 B 點(diǎn)的性能降 低了，整個(gè)系統(tǒng)的性能不但沒(méi)有提升，還有可能會(huì)下降。
2、可以針對(duì)單個(gè)任務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展
當(dāng)各個(gè)邏輯任務(wù)分解到獨(dú)立的子系統(tǒng)后，整個(gè)系統(tǒng)的性能瓶頸更加容易發(fā)現(xiàn)，而且發(fā)現(xiàn)后只需要 針對(duì)有瓶頸的子系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化或者提升，不需要改動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)小很多。以微信的后 臺(tái)架構(gòu)為例，如果用戶數(shù)增長(zhǎng)太快，注冊(cè)登錄子系統(tǒng)性能出現(xiàn)瓶頸的時(shí)候，只需要優(yōu)化登錄注冊(cè) 子系統(tǒng)的性能（可以是代碼優(yōu)化，也可以簡(jiǎn)單粗暴地加機(jī)器），消息邏輯、LBS 邏輯等其他子系 統(tǒng)完全不需要改動(dòng)。

總結(jié)：

硬件角度-垂直維度可包括以下措施：
增大內(nèi)存減少I/O操作
更換為固態(tài)硬盤（SSD）提升I/O訪問(wèn)速度
使用RAID增加I/O吞吐能力
置換服務(wù)器獲得更多的處理器或分配更多的虛擬核
升級(jí)網(wǎng)絡(luò)接口或增加網(wǎng)絡(luò)接口

操作系統(tǒng)-水平維度可包括以下措施：
功能分解：基于功能將系統(tǒng)分解為更小的子系統(tǒng)
多實(shí)例副本：同一組件重復(fù)部署到多臺(tái)不同的服務(wù)器
數(shù)據(jù)分割：在每臺(tái)機(jī)器上都只部署一部分?jǐn)?shù)據(jù)

垂直維度方案比較適合業(yè)務(wù)階段早期和成本可接受的階段，該方案是提升性能最簡(jiǎn)單直接的 方式，但是受成本與硬件能力天花板的限制。
水平維度方案所帶來(lái)的好處要在業(yè)務(wù)發(fā)展的后期才能體現(xiàn)出來(lái)。起初，該方案會(huì)花費(fèi)更多的 硬件成本，另外一方面對(duì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)也提出了更高的要求；但是，沒(méi)有垂直方案的天花板問(wèn) 題。一旦達(dá)到一定的業(yè)務(wù)階段，水平維度是技術(shù)發(fā)展的必由之路。