Architecting Software Intensive Systems

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出版者:
作者:Anthony J. Lattanze
出品人:
页数:416
译者:
出版时间:
价格:664.00 元
装帧:
isbn号码:9781420045697
丛书系列:
图书标签:
  • 软件架构
  • 系统设计
  • 软件工程
  • 复杂系统
  • 架构模式
  • 可扩展性
  • 可靠性
  • 分布式系统
  • 软件质量
  • 设计原则
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具体描述

Focusing on the architecture centric design method (ACDM), this book provides deep insight into designing software architectures for systems and how to effectively use architectural design artifacts once created. The text describes how to integrate ACDM with existing organizational structures and processes. The author demonstrates how to tailor defined software process frameworks and methodologies to ACDM in order to design the architecture for a software intensive system. The chapters offer practical guidelines for the general iterative model, the general waterfall model, the rational unified process, the team software process, scrum, as well as extreme programming.

《构建高可用、可伸缩的云原生应用》 前言 在当今快速变化的数字世界中,企业面临着前所未有的挑战:如何构建既能应对海量用户涌入,又能保障稳定运行、持续演进的软件系统?传统的单体应用架构在复杂性和维护性上逐渐显露疲态,而微服务、容器化、云原生等新兴技术则为我们提供了全新的解决方案。本书旨在深入剖析如何利用现代软件工程的最佳实践和前沿技术,从设计理念到落地实现,系统性地构建出满足严苛业务需求的高可用、可伸缩的云原生应用。 本书并非一本泛泛而谈的技术概览,而是专注于提供一套清晰、可操作的指导方针,帮助读者理解云原生架构的核心原则,并将其有效地应用于实际的项目开发中。我们将从宏观的架构设计出发,逐步深入到微服务拆分、通信机制、数据管理、部署运维,以及至关重要的安全与监控等方面。力求让读者在掌握理论知识的同时,也能获得实践上的深刻洞察。 第一部分:云原生架构的基石 第一章:理解云原生:核心理念与价值 云原生并非仅仅是“部署在云上”的概念,它代表着一种全新的软件开发和运行范式。本章将首先清晰地界定云原生的概念,阐述其背后的核心原则,例如: 容器化: 深入剖析容器(如 Docker)如何提供一致的环境,简化开发、测试和部署流程,消除“在我机器上可以运行”的困境。我们将讨论镜像的构建、管理以及容器编排的重要性。 微服务架构: 探讨微服务如何将大型复杂系统拆解成一组小型、独立、可独立部署的服务。我们将分析微服务的优势,包括技术异构性、独立扩展、快速迭代,并初步讨论拆分原则和潜在的挑战。 声明式API与自动化: 理解声明式API如何让开发者关注“想要什么”,而非“如何实现”,从而赋能高度自动化。我们将介绍Kubernetes等平台如何利用声明式API管理资源。 服务网格: 引入服务网格(Service Mesh)的概念,解释它如何将服务治理能力(如流量管理、安全、可观测性)从应用程序代码中剥离出来,实现基础设施层面的统一管理。 DevOps与敏捷实践: 强调云原生与DevOps文化的紧密结合,以及敏捷开发方法在云原生环境中的适应性,探讨持续集成/持续部署(CI/CD)流水线的构建。 本章还将深入阐述云原生带来的核心价值,包括提升开发效率、加速产品上市时间、降低运营成本、增强系统弹性和可扩展性,以及优化资源利用率。我们将通过一些实际案例,说明企业如何通过采纳云原生技术实现业务的腾飞。 第二章:微服务拆分策略与设计模式 微服务架构是云原生应用的核心组成部分,然而,如何合理地拆分服务是实现其价值的关键。本章将聚焦于微服务拆分的核心策略和设计模式: 领域驱动设计(DDD)在微服务中的应用: 深入探讨DDD中的“限界上下文”(Bounded Context)概念,以及如何将其作为微服务拆分的天然边界。我们将讲解如何识别和定义限界上下文,以及如何基于它们来设计服务。 业务能力拆分: 介绍如何围绕业务能力来组织微服务,确保每个服务都拥有明确的职责和独立的数据。 技术拆分与数据拆分: 讨论在某些情况下,技术异构性和数据独立性的考量也可能影响微服务的划分,并分析其优劣。 反模式与避免之道: 剖析常见的微服务拆分反模式,例如“分布式单体”(Distributed Monolith)、“服务爆炸”(Service Explosion),以及如何规避这些陷阱。 API设计原则: 强调服务之间清晰、一致的API设计至关重要。我们将介绍RESTful API的最佳实践、GraphQL的优势,以及API版本控制的策略。 事件驱动架构(EDA)的初步介绍: 引入事件驱动架构的思想,为后续章节中更深入的通信机制打下基础,解释事件在解耦微服务中的作用。 第二部分:构建高可用与可伸缩的基础设施 第三章:容器编排:Kubernetes核心概念与实践 Kubernetes已成为事实上的容器编排标准,掌握其核心概念和实践是构建云原生应用不可或缺的一环。本章将全面深入地讲解Kubernetes: Kubernetes架构详解: 深入剖析Kubernetes的Master节点(API Server, Controller Manager, Scheduler, etcd)和Worker节点(Kubelet, Kube-proxy, Container Runtime)的组成和职责。 核心对象与工作负载: 详细讲解Pod、Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job等核心对象,理解它们如何表示和管理应用程序的实例。 服务发现与负载均衡: 阐述Kubernetes的Service如何实现服务发现和负载均衡,以及ClusterIP, NodePort, LoadBalancer等Service类型的区别与应用场景。 网络模型: 深入理解Kubernetes的网络模型,包括CNI(Container Network Interface)的作用,以及Pod间和Pod与外部通信的机制。 存储卷管理: 讲解PersistentVolume(PV)、PersistentVolumeClaim(PVC)和StorageClass如何实现有状态应用的持久化存储,以及各种存储驱动的配置。 配置管理与密钥安全: 介绍ConfigMap和Secret如何管理应用程序的配置信息和敏感数据,以及最佳实践。 生命周期管理与滚动更新: 讲解如何利用Deployment实现应用程序的滚动更新、回滚和金丝雀发布,最大限度地保障业务连续性。 第四章:服务间通信与集成模式 微服务架构的强大之处在于其分布式特性,但这同时也带来了服务间通信的挑战。本章将深入探讨各种服务间通信模式和集成策略: 同步通信: 详细分析RESTful API和gRPC作为同步通信方式的优缺点,适用场景,以及如何处理服务间的依赖和超时。 异步通信: 重点讲解消息队列(如 Kafka, RabbitMQ, Pulsar)在构建高可用、可伸缩系统中的关键作用。我们将深入探讨发布/订阅模式、点对点模式,以及如何利用消息队列实现事件驱动架构,解耦服务。 事件驱动架构(EDA)的深入实践: 进一步拓展EDA的概念,讲解事件溯源(Event Sourcing)、CQRS(Command Query Responsibility Segregation)等更高级的模式,以及它们如何与消息队列结合,构建响应式和弹性的系统。 API Gateway: 介绍API Gateway的作用,如何作为服务入口,统一处理认证、授权、限流、请求路由、日志记录等横切关注点。 服务网格(Service Mesh)详解: 深入讲解Istio、Linkerd等服务网格如何解决服务间通信的复杂性。我们将详细阐述其数据平面(Sidecar代理)和控制平面的架构,以及如何利用服务网格实现高级流量管理(如灰度发布、A/B测试)、熔断、重试、身份认证和授权。 第五章:数据管理与一致性挑战 在分布式微服务环境中,数据管理是一项复杂但至关重要的任务。本章将聚焦于如何在云原生应用中有效地处理数据,并应对一致性挑战。 数据库选型: 探讨关系型数据库(如 PostgreSQL, MySQL)和NoSQL数据库(如 MongoDB, Cassandra, Redis)在不同场景下的适用性。 数据划分与分布式事务: 分析单体应用中的数据库与微服务拆分后单个服务独占数据库的模式。深入讲解分布式事务的挑战,以及Saga模式、两阶段提交(2PC)等解决方案的优劣与实践。 最终一致性: 强调在分布式系统中,最终一致性是常态,并介绍如何通过事件驱动、补偿事务等机制来达到业务上的最终一致性。 数据缓存策略: 讲解Redis等内存数据库在提升系统性能方面的作用,以及缓存一致性、穿透、击穿等问题。 数据同步与迁移: 讨论在微服务架构中,如何进行跨服务的数据同步和优雅的数据迁移。 第三部分:确保系统的鲁棒性与可维护性 第六章:容器化部署与CI/CD流水线 自动化是云原生成功的关键,而CI/CD流水线则是实现自动化的核心。本章将指导读者如何构建高效的容器化部署和CI/CD流程。 Docker基础与最佳实践: 回顾Docker镜像的构建,包括Dockerfile的最佳实践、多阶段构建、镜像优化等。 CI/CD流水线设计: 详细介绍CI(持续集成)和CD(持续交付/部署)的概念,以及如何构建一个端到端的CI/CD流水线。 自动化构建与测试: 讲解如何在CI阶段自动执行单元测试、集成测试,以及代码质量检查。 自动化部署与回滚: 阐述如何将构建好的镜像自动化部署到Kubernetes集群,以及如何实现快速的回滚机制。 GitOps实践: 引入GitOps的理念,将Git作为声明式基础设施和应用程序的单一事实来源,实现自动化、声明式的操作。 流水线工具选型: 介绍Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions, Argo CD等主流CI/CD工具的特点和适用场景。 第七章:可观测性:监控、日志与追踪 一个可观测性良好的系统,才能让运维和开发团队快速定位问题、理解系统行为。本章将深入讲解如何构建全面的可观测性体系。 监控(Monitoring): Metrics收集: 讲解Prometheus等时序数据库如何收集和存储系统及应用的性能指标。 报警机制: 配置Alertmanager,实现关键指标的阈值报警,及时发现潜在问题。 仪表盘(Dashboarding): 使用Grafana等工具创建直观的仪表盘,可视化系统运行状态。 日志(Logging): 日志采集与聚合: 介绍ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) 或 Loki 等日志聚合方案,集中管理和查询分布式系统的日志。 结构化日志: 强调结构化日志的重要性,便于机器解析和检索。 日志内容规范: 定义有意义的日志字段,帮助快速定位问题。 追踪(Tracing): 分布式追踪: 讲解Jaeger, Zipkin等分布式追踪系统,如何追踪跨多个微服务的请求调用链,定位性能瓶颈和错误源。 OpenTracing/OpenTelemetry: 介绍OpenTracing和OpenTelemetry标准,实现跨不同工具和语言的追踪。 可观测性平台构建: 整合监控、日志、追踪,构建一个统一的可观测性平台,实现对系统的全方位洞察。 第八章:安全性:构建安全的云原生应用 安全是云原生应用设计中不容忽视的关键要素。本章将从多个层面探讨如何构建安全的云原生系统。 身份认证与授权: Kubernetes RBAC: 讲解Kubernetes Role-Based Access Control,实现精细化的权限控制。 OAuth2/OIDC: 介绍如何集成OAuth2和OpenID Connect等标准协议,实现用户认证和授权。 服务间安全: 利用服务网格(如Istio)实现服务间的双向TLS(mTLS)认证,保障通信安全。 密钥管理: 深入讲解Secrets的管理,包括使用Kubernetes Secrets,以及集成HashiCorp Vault等外部密钥管理解决方案。 网络安全: Network Policies: 利用Kubernetes Network Policies限制Pod之间的网络访问。 防火墙与WAF: 考虑在集群入口部署防火墙和Web Application Firewall (WAF)。 容器安全: 镜像安全扫描: 集成镜像安全扫描工具,检测镜像中的已知漏洞。 运行时安全: 讨论容器运行时安全加固,如限制容器特权、最小化容器镜像。 安全审计与合规: 建立安全审计日志,确保所有安全相关的操作都有记录,并考虑满足行业合规性要求。 第四部分:高级主题与未来展望 第九章:云原生生态系统与选择 云原生生态系统日新月异,选择合适的技术栈至关重要。本章将带领读者审视主流的云原生技术和工具。 云平台选择: 介绍主流公有云(AWS, Azure, GCP)以及私有云、混合云环境下的云原生部署选项。 Kubernetes发行版: 讨论Kubernetes的不同发行版,如Rancher, OpenShift, K3s等,以及它们在特定场景下的优势。 Serverless与FaaS: 探讨Serverless计算(如 AWS Lambda, Azure Functions)和函数即服务(FaaS)在云原生架构中的角色,以及它们如何进一步简化运维。 其他关键技术: 简要介绍Helm(Kubernetes包管理器)、Terraform(基础设施即代码)、Envoy(服务代理)等在云原生生态中的重要性。 技术选型策略: 提供一套基于业务需求、团队能力和成本效益的技术选型框架。 第十章:云原生应用的持续演进与挑战 云原生并非一蹴而就,而是一个持续演进的过程。本章将探讨云原生应用的长期维护和发展所面临的挑战,以及应对之道。 技术债务管理: 如何在快速迭代的同时,有效管理和偿还技术债务。 成本优化: 在享受云原生弹性的同时,如何进行有效的成本控制和资源优化。 团队转型与技能提升: 云原生对团队的技能和文化提出了新的要求,探讨如何进行有效的团队转型和人才培养。 治理与标准化: 在高度分散的微服务环境中,如何建立有效的治理机制和技术标准。 未来趋势展望: 简要展望云原生技术未来的发展方向,如边缘计算、AI与云原生结合等。 结语 构建高可用、可伸缩的云原生应用是一项系统工程,需要对架构设计、技术选型、开发实践和运维管理有深刻的理解。本书从宏观到微观,从理论到实践,旨在为读者提供一份全面的指南。希望通过阅读本书,读者能够掌握构建现代、健壮、敏捷的云原生系统的核心能力,从而在瞬息万变的数字浪潮中,赢得先机。

作者简介

Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania, USA

目录信息

读后感

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用户评价

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我之前接触过不少架构书籍,它们往往过于偏重工具和框架的介绍,缺乏对“为什么”的深入探究。然而,这本书完全反其道而行之,它花了大篇幅来探讨系统设计的哲学基础和背后的决策驱动力。例如,书中对不同部署策略的优劣势分析,不仅仅停留在技术指标上,更深入剖析了这些策略对运维成本、团队结构乃至安全合规带来的深远影响。我发现,作者对工程领域的历史脉络有着深刻的理解,这使得他对当前热门技术的评判也显得更为客观和有远见。读完之后,我感觉自己对“稳健性(Robustness)”的理解不再是简单的错误处理,而是一个涵盖了容错、可恢复性和抗脆弱性的多维度概念。对于渴望提升系统韧性的架构师来说,这本书提供的不仅仅是蓝图,更是一种面对不确定性的心态建设。

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坦率地说,这本书的深度远超我的预期,它更像是一本为资深架构师准备的“内功心法”,而非新手入门指南。书中对分布式事务、数据一致性模型的探讨,那种对CAP理论的深入挖掘和在实际场景下的灵活应用,让我对现代微服务架构的底层逻辑有了更坚实的掌握。我尤其关注了关于“演化式架构”的部分,作者并未盲目推崇敏捷的口号,而是提供了一套切实可行的方法论,指导我们如何在需求不断变化的环境中,设计出既能快速响应变化,又不至于技术债堆积如山的系统蓝图。那种将架构决策与业务价值紧密挂钩的思维方式,对我日常的工作产生了立竿见影的影响。它迫使我重新审视自己过去的一些设计决策,很多时候,我们倾向于使用最新的技术栈,却忽略了它是否真正能为业务带来最大的边际效益。这本书,教会了我如何成为一个更具商业头脑的技术领导者。

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这本书的结构安排非常巧妙,它似乎是遵循着一个典型的系统生命周期来组织的,从需求捕获的早期阶段,到最终的运维和监控,几乎涵盖了一个软件密集型系统从摇篮到坟墓的全过程。我特别赞赏其对“可观测性”的强调,作者将日志、指标和追踪视为架构的有机组成部分,而非事后的附加功能。在实际操作层面,书中提供的关于构建可扩展日志系统的案例展示,对于那些正在努力提升故障排查效率的团队来说,具有极高的参考价值。此外,书中对安全设计原则的融入也处理得非常自然,它不是作为一个孤立的章节存在,而是贯穿在数据流设计、身份验证和授权机制的讨论之中,体现了“安全左移”的真正含义。总而言之,这本书是一部非常扎实、全面且富有前瞻性的参考著作,它成功地将复杂性管理艺术与工程实践完美地融合在了一起。

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这本书的问世无疑为那些在软件密集型系统架构领域摸爬滚打的工程师们带来了一股清流。初读之下,我便被其深入浅出的讲解方式所吸引,作者并没有仅仅停留在高屋建瓴的理论层面,而是结合了大量的实际案例和工程实践经验,将那些抽象复杂的概念一一剖析得淋漓尽致。尤其是在处理跨职能团队协作和非功能性需求管理方面,书中的论述颇具洞察力,它强调了在系统设计的早期阶段就必须将这些“看不见”的约束条件纳入考量,避免了后期返工的巨大成本和时间浪费。我特别欣赏作者对于“权衡(Trade-offs)”这一核心概念的阐述,如何在性能、可维护性、成本和时间之间找到最佳平衡点,书中提供了一套系统的思考框架,远比市面上那些只谈“最佳实践”却不提代价的书籍要实在得多。读完之后,感觉自己对复杂系统设计的认知提升到了一个新的高度,不再是零散的知识点堆砌,而是一个相互关联、逻辑严密的知识体系。

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这本书的阅读体验可谓是酣畅淋漓,它成功地将工程的严谨性与叙事的流畅性结合了起来。作者的写作风格非常成熟老练,论证过程中逻辑链条清晰,几乎没有让人感到疑惑和跳跃的地方。对于那些在大型组织中挣扎于遗留系统改造的工程师来说,书中关于“渐进式现代化”的章节简直是救星。它没有要求我们推倒重来,而是提供了一系列精妙的过渡策略和隔离技术,确保业务的连续性不受影响地完成技术升级。我个人认为,书中关于服务边界划分的讨论,特别是如何利用领域驱动设计(DDD)的原则来指导微服务拆分,是最具价值的部分之一。它清晰地展示了如何将模糊的业务需求转化为清晰、高内聚低耦合的软件模块,这对于长期维护成本控制至关重要。这本书的价值,在于它提供的不是现成的答案,而是一套普适性的、可迁移的解决问题的思维工具箱。

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Anthony这个人多少还是有点扯淡 A: "No database, no design in elicitation, OK? So in the use case, how will notification dispatch?" I: "Is that kinda design if I tell you how?"大家都笑了起来。

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