一、集中式架构
如何准确理解集中式架构
1. 集中式架构的定义
集中式架构是一种将系统的所有计算、存储、数据处理和控制逻辑集中在一个或少数几个节点上运行的架构模式。这些中央节点（服务器或主机）作为系统的核心，负责处理所有用户请求和业务逻辑，客户端只负责请求和展示。
2. 核心特性
- 单一控制中心： 所有服务和资源都由中央节点统一管理。
- 资源集中管理： 数据和计算资源位于同一位置，便于维护和扩展。
- 高一致性： 由于资源集中管理，数据一致性容易实现。
- 低通信复杂度： 客户端只需与中央节点交互，不需要节点间通信协调。
集中式架构都包括哪些架构？
集中式架构可以分为以下几种常见的架构形式：
1. 客户端-服务器架构（C/S 架构）
- 定义： 系统由客户端和服务器两部分组成，客户端负责用户交互，服务器负责业务逻辑和数据存储。
- 特点：
- 客户端通过特定协议（如 TCP/IP）与服务器通信。
- 服务器集中处理所有业务逻辑和存储数据。
- 典型场景：
- 企业办公系统（如旧版邮件客户端、OA 系统）。
- 数据库客户端（如 MySQL Workbench）。
2. 单体架构（Monolithic Architecture）
- 定义： 所有功能模块（如业务逻辑、数据访问、用户界面）在一个应用程序中实现，运行在一个中央服务器上。
- 特点：
- 应用高度耦合，部署和维护简单。
- 随着规模增大，可能难以扩展。
- 典型场景：
- 小型电商网站。
- 初创阶段的单一业务系统。
3. 主机-终端架构
- 定义： 中央主机（Mainframe）负责处理所有业务逻辑和存储数据，终端设备仅负责显示和输入。
- 特点：
- 主机提供强大的计算能力和存储能力。
- 终端设备功能简单，依赖主机运行。
- 典型场景：
- 传统银行系统（如老式 ATM 系统）。
- 早期的政府管理系统。
4. 集中式数据库架构
- 定义： 数据库集中存储在一个中央节点上，所有的读写操作都通过该节点进行。
- 特点：
- 数据一致性高。
- 性能和可靠性依赖于中央数据库的能力。
- 典型场景：
- 中小型企业的 ERP 系统。
- 单服务器运行的 CRM 系统。
案例分析与说明
案例 1：银行核心业务系统
- 架构形式： 主机-终端架构。
- 工作方式：
- 客户端（如银行柜员系统）向中央主机发送请求。
- 主机处理业务逻辑（如账户余额查询、转账）并返回结果。
- 优点：
- 高度安全，所有敏感数据只存储在中央主机。
- 数据一致性容易维护。
- 缺点：
- 随着客户增加，主机可能成为性能瓶颈。
案例 2：传统电商网站
- 架构形式： 单体架构。
- 工作方式：
- 一个服务器托管整个网站，包括用户管理、商品展示、支付功能。
- 用户通过浏览器访问服务器，所有请求集中处理。
- 优点：
- 部署和维护简单，适合初期开发。
- 开发周期短，成本低。
- 缺点：
- 难以应对高并发。
- 模块间耦合度高，扩展困难。
案例 3：集中式数据库
- 架构形式： 集中式数据库架构。
- 工作方式：
- 应用程序通过 SQL 查询中央数据库，完成数据的读写。
- 优点：
- 数据强一致性，事务处理方便。
- 易于管理备份和恢复。
- 缺点：
- 单点故障风险高。
- 难以处理大规模并发读写。
集中式架构的优缺点
优点
- 开发简单： 系统架构简单，适合快速构建和部署。
- 高一致性： 数据和逻辑集中管理，不易出现分布式一致性问题。
- 安全性强： 数据存储在中央节点，便于统一实施安全策略。
- 易于维护： 故障排查和版本更新集中在中央节点上。
缺点
- 单点故障： 中心节点宕机时，整个系统将不可用。
- 扩展性差： 随着用户增长，单一节点容易成为瓶颈。
- 性能受限： 中央节点的处理能力限制了系统的整体性能。
- 地理延迟问题： 地理位置远的客户端访问中心节点可能会有较高延迟。
总结
- 集中式架构的核心思想： 将系统的计算和存储集中在一个中心位置，以实现简单高效的管理和一致性保障。
- 常见形式： 客户端-服务器架构、单体架构、主机-终端架构、集中式数据库架构。
- 典型场景：
- 中小型系统或初创项目（开发简单，部署成本低）。
- 数据一致性要求较高的场景（如银行系统、库存管理）。
集中式架构适合小规模、低复杂度的场景，但在需要扩展性和容错性时，通常会向分布式架构演进。
二、分布式架构
如何准确理解分布式架构
1. 分布式架构的定义
分布式架构是一种将计算、存储和业务逻辑分散到多个独立节点（服务器或机器）上的架构模式。这些节点通过网络协同工作，共同完成任务。分布式架构旨在提高系统的性能、扩展性、容错性和可用性。
2. 核心特性
- 分布式计算： 各个节点分担计算任务，提升处理能力。
- 分布式存储： 数据分散存储在不同节点上，便于扩展和容错。
- 高可用性： 单个节点故障不会导致整个系统宕机。
- 扩展性强： 可以通过增加节点水平扩展系统能力。
- 通信协调： 节点间通过网络通信进行数据同步和任务分配。
分布式架构都包括哪些架构？
分布式架构包含以下常见的架构模式：
1. 分布式计算架构
- 定义： 将一个大任务分解为多个小任务，分发到不同节点处理，最后汇总结果。
- 特点：
- 适用于计算密集型任务。
- 典型实现有 MapReduce、Hadoop 等框架。
- 典型场景：
- 大数据分析。
- 科学计算（如基因分析、气象模拟）。
2. 分布式存储架构
- 定义： 数据被分散存储在多个节点上，提供高容量和高可用的数据服务。
- 特点：
- 支持高并发访问。
- 提供数据分片、冗余备份和自动恢复能力。
- 典型场景：
- 云存储（如 Amazon S3、Google Cloud Storage）。
- 分布式数据库（如 MongoDB、Cassandra）。
3. 微服务架构
- 定义： 将系统划分为多个独立的小服务，每个服务负责一个具体功能，并通过 API 通信。
- 特点：
- 服务独立部署和扩展。
- 每个服务可以使用不同的技术栈。
- 典型场景：
- 电商系统（如订单服务、支付服务、库存服务）。
- SaaS 应用。
4. 服务网格（Service Mesh）架构
- 定义： 专注于微服务间通信的管理和优化，通过代理节点实现服务发现、负载均衡、流量控制等功能。
- 特点：
- 提供服务间通信的可观测性和安全性。
- 常见实现：Istio、Linkerd。
- 典型场景：
- 大规模微服务集群。
5. 分布式消息队列架构
- 定义： 基于发布-订阅模型，提供异步消息通信和解耦功能。
- 特点：
- 消息持久化和高吞吐。
- 常见实现：Kafka、RabbitMQ、ActiveMQ。
- 典型场景：
- 日志处理、事件流处理。
6. 分布式事务架构
- 定义： 在分布式系统中，保证事务操作具有原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）。
- 特点：
- 常用的协议有两阶段提交（2PC）、三阶段提交（3PC）。
- 分布式事务协调器管理事务状态。
- 典型场景：
- 银行跨行转账系统。
- 电商订单支付和库存扣减。
7. 点对点架构（P2P）
- 定义： 所有节点都具有对等地位，可以既是服务的消费者，又是服务的提供者。
- 特点：
- 无中心化控制，节点自主工作。
- 适用于分布式文件共享和区块链。
- 典型场景：
- 区块链（如比特币、以太坊）。
- 文件共享（如 BitTorrent）。
案例分析与说明
案例 1：Hadoop 分布式计算
- 架构形式： 分布式计算架构。
- 工作方式：
- 使用 MapReduce 将大任务拆分为多个小任务，分发到各个计算节点。
- 各节点并行处理数据，并将结果汇总。
- 应用场景：
- 大数据处理（如日志分析、机器学习）。
案例 2：Amazon S3 云存储
- 架构形式： 分布式存储架构。
- 工作方式：
- 数据存储在多个地理位置的服务器上，提供高可用性和冗余备份。
- 用户通过 API 访问存储资源。
- 应用场景：
- 静态文件托管。
- 数据备份和归档。
案例 3：电商系统中的微服务架构
- 架构形式： 微服务架构。
- 工作方式：
- 用户下单请求由订单服务处理，库存服务检查商品库存，支付服务处理付款。
- 各个服务通过 REST 或 RPC 互相通信。
- 应用场景：
- 大型电商平台（如淘宝、亚马逊）。
案例 4：Kafka 消息队列
- 架构形式： 分布式消息队列架构。
- 工作方式：
- 系统中不同模块通过 Kafka 发布或订阅消息，解耦模块间的依赖。
- 应用场景：
- 实时日志处理。
- 数据流处理。
分布式架构的优缺点
优点
- 高扩展性： 可以通过增加节点水平扩展处理能力。
- 高可用性： 某些节点故障不会影响整体系统。
- 性能优越： 各节点分担工作负载，减少单点压力。
- 灵活性强： 可以根据不同需求调整节点功能和配置。
缺点
- 复杂性高： 节点间通信、数据同步和协调难度大。
- 一致性问题： 需要额外机制保证数据一致性（如 CAP 原则）。
- 部署成本高： 涉及更多硬件资源和管理工具。
- 调试困难： 故障定位和问题排查复杂。
集中式架构与分布式架构对比
| 特性 | 集中式架构 | 分布式架构 |
|---|---|---|
| 控制方式 | 单点控制，所有功能集中于中心节点 | 多节点协同工作，共同完成任务 |
| 扩展性 | 扩展性差，中心节点可能成为瓶颈 | 扩展性强，可水平扩展节点数量 |
| 容错性 | 单点故障影响整体系统 | 单节点故障不会影响整体可用性 |
| 一致性 | 一致性强，数据集中管理 | 需要复杂机制保证一致性（可能是最终一致性） |
| 复杂性 | 设计和维护简单 | 设计复杂，涉及节点间协调和通信 |
总结
- 分布式架构的核心思想： 通过分布和并行，提升系统的性能、扩展性和容错能力。
- 常见形式： 分布式计算、分布式存储、微服务架构、服务网格等。
- 典型场景：
- 数据处理场景（如 Hadoop）。
- 高并发系统（如微服务电商）。
- 数据共享和协作（如区块链）。
分布式架构适用于大规模、高并发、高可用的场景，但设计和维护的复杂性需要更多的技术投入和运维保障。