軟件架構設計：大型網站技術架構與業務架構融合之道

目    錄

第1部分  什麽是架構
第1章  五花八門的架構師職業    2
1.1  架構師職業分類    2
1.2  架構的分類    2

第2章  架構的道與術    5
2.1  何為道，何為術    5
2.2  道與術的辯證關系    6
第2部分  電腦功底

第3章  語言    10
3.1  層出不窮的編程語言    10
3.2  精通一門語言    10

第4章  操作系統    12
4.1  緩沖I/O和直接I/O    12
4.2  內存映射文件與零拷貝    14
4.2.1  內存映射文件    14
4.2.2  零拷貝    15
4.3  網絡I/O模型    17
4.3.1  實現層面的網絡I/O模型    17
4.3.2  Reactor模式與Preactor模式    20
4.3.3  select、epoll的LT與ET    20
4.3.4  服務器編程的1+N+M模型    22
4.4  進程、線程和協程    24
4.5  無鎖（內存屏障與CAS）    27
4.5.1  內存屏障    27
4.5.2  CAS    30

第5章  網絡    31
5.1  HTTP 1.0    31
5.1.1  HTTP 1.0的問題    31
5.1.2  Keep-Alive機制與Content-Length屬性    31
5.2  HTTP 1.1    32
5.2.1  連接復用與Chunk機制    32
5.2.2  Pipeline與Head-of-line Blocking問題    33
5.2.3  HTTP/2出現之前的性能提升方法    34
5.2.4  “一來多回”問題    35
5.2.5  斷點續傳    36
5.3  HTTP/2    36
5.3.1  與HTTP 1.1的兼容    37
5.3.2  二進制分幀    37
5.3.3  頭部壓縮    39
5.4  SSL/TLS    39
5.4.1  背景    39
5.4.2  對稱加密的問題    40
5.4.3  雙向非對稱加密    41
5.4.4  單向非對稱加密    42
5.4.5  中間人攻擊    43
5.4.6  數字證書與證書認證中心    44
5.4.7  根證書與CA信任鏈    45
5.4.8  SSL/TLS協議：四次握手    47
5.5  HTTPS    48
5.6  TCP/UDP    49
5.6.1  可靠與不可靠    49
5.6.2  TCP的“假”連接（狀態機）    51
5.6.3  三次握手（網絡2將軍問題）    53
5.6.4  四次揮手    54
5.7  QUIC    56
5.7.1  不丟包（Raid5算法和Raid6算法）    57
5.7.2  更少的RTT    58
5.7.3  連接遷移    58

第6章  數據庫    59
6.1  範式與反範式    59
6.2  分庫分表    59
6.2.1  為什麽要分    60
6.2.2  分佈式ID生成服務    60
6.2.3  拆分維度的選擇    60
6.2.4  Join查詢問題    61
6.2.5  分佈式事務    61
6.3  B+樹    62
6.3.1  B+樹邏輯結構    62
6.3.2  B+樹物理結構    63
6.3.3  非主鍵索引    65
6.4  事務與鎖    66
6.4.1  事務的四個隔離級別    66
6.4.2  悲觀鎖和樂觀鎖    67
6.4.3  死鎖檢測    71
6.5  事務實現原理之1：Redo Log    72
6.5.1  Write-Ahead    73
6.5.2  Redo Log的邏輯與物理結構    74
6.5.3  Physiological Logging    75
6.5.4  I/O寫入的原子性（Double Write）    76
6.5.5  Redo Log Block結構    77
6.5.6  事務、LSN與Log Block的關系    78
6.5.7  事務Rollback與崩潰恢復（ARIES算法）    80
6.6  事務實現原理之2：Undo Log    86
6.6.1  Undo Log是否一定需要    86
6.6.2  Undo Log（MVCC）    88
6.6.3  Undo Log不是Log    89
6.6.4  Undo Log與Redo Log的關聯    90
6.6.4  各種鎖    91
6.7  Binlog與主從復制    94
6.7.1  Binlog與Redo Log的主要差異    94
6.7.2  內部XA – Binlog與Redo Log一致性問題    95
6.7.3  三種主從復制方式    96
6.7.3  並行復制    97
第7章  框架、軟件與中間件    99
7.1  對生態體系的認知    99
7.2  框架    99
7.3  軟件與中間件    100

第3部分  技術架構之道
第8章  高並發問題    104
8.1  問題分類    104
8.1.1  側重於“高並發讀”的系統    104
8.1.2  側重於“高並發寫”的系統    105
8.1.3  同時側重於“高並發讀”和“高並發寫”的系統    106
8.2  高並發讀    108
8.2.1  策略1：加緩存    108
8.2.2  策略2：並發讀    109
8.2.3  策略3：重寫輕讀    110
8.2.4  總結：讀寫分離（CQRS架構）    113
8.3  高並發寫    114
8.3.1  策略1：數據分片    114
8.3.2  策略2：任務分片    115
8.3.3  策略3：異步化    117
8.3.4  策略4：批量    123
8.3.5  策略5：串行化+多進程單線程+異步I/O    124
8.4  容量規劃    125
8.4.1  吞吐量、響應時間與並發數    125
8.4.2  壓力測試與容量評估    127

第9章  高可用與穩定性    129
9.1  多副本    129
9.2  隔離、限流、熔斷和降級    130
9.3  灰度發布與回滾    135
9.4  監控體系與日誌報警    136

第10章  事務一致性    138
10.1  隨處可見的分佈式事務問題    138
10.2  分佈式事務解決方案匯總    139
10.2.1  2PC    139
10.2.2  最終一致性（消息中間件）    141
10.2.3  TCC    145
10.2.4  事務狀態表+調用方重試+接收方冪等    147
10.2.5  對賬    148
10.2.6  妥協方案：弱一致性+基於狀態的補償    149
10.2.7  妥協方案：重試+回滾+報警+人工修復    151
10.2.8  總結    152

第11章  多副本一致性    153
11.1  高可用且強一致性到底有多難    153
11.1.1  Kafka的消息丟失問題    153
11.1.2  Kafka消息錯亂問題    156
11.2  Paxos算法解析    158
11.2.1  Paxos解決什麽問題    158
11.2.2  復制狀態機    161
11.2.3  一個樸素而深刻的思想    163
11.2.4  Basic Paxos算法    164
11.2.5  Multi Paxos算法    167
11.3  Raft算法解析    169
11.3.1  為“可理解性”而設計    169
11.3.2  單點寫入    170
11.3.3  日誌結構    171
11.3.4  階段1：Leader選舉    174
11.3.5  階段2：日誌復制    176
11.3.6  階段3：恢復階段    177
11.3.7  安全性保證    177
11.4  Zab算法解析    180
11.4.1  Replicated State Machine vs. Primary-Backup System    180
11.4.2  zxid    182
11.4.3  “序”：亂序提交 vs. 順序提交    182
11.4.4  Leader選舉：FLE算法    184
11.4.5  正常階段：2階段提交    186
11.4.6  恢復階段    186
11.5  三種算法對比    187

第12章  CAP理論    189
12.1  CAP理論的誤解    189
12.2  現實世界不存在“強一致性”（PACELC理論）    190
12.3  典型案例：分佈式鎖    192

第4部分  業務架構之道
第13章  業務意識    196
13.1  產品經理vs.需求分析師    196
13.2  什麽叫作一個“業務”    198
13.3  “業務架構”的雙重含義    199
13.4  “業務架構”與“技術架構”的區分    200
第14章  業務架構思維    202
14.1  “偽”分層    202
14.2  邊界思維    204
14.3  系統化思維    205
14.4  利益相關者分析    206
14.5  非功能性需求分析（以終為始）    208
14.6  視角（橫看成嶺側成峰）    209
14.7  抽象    210
14.8  建模    213
14.9  正交分解    215

第15章  技術架構與業務架構的融合    218
15.1  各式各樣的方法論    218
15.2  為什麽要“領域驅動”    218
15.3  “業務流程”不等於“系統流程”    221
15.4  為何很難設計一個好的領域模型    222
15.5  領域驅動設計與微服務架構的“合”    223
15.6  領域驅動設計與讀寫分離（CQRS）    224
15.7  業務分層架構模式    225
15.8  管道—過濾器架構模式    226
15.9  狀態機架構模式    226
15.10  業務切麵/業務閉環架構模式    228
第5部分  從架構到技術管理
第16章  個人素質的提升    232
16.1  能力模型    232
16.2  影響力的塑造    234

第17章  團隊能力的提升    237
17.1  不確定性與風險把控    237
17.2  以價值為中心的管理    239
17.3  團隊培養    241