背景
我們在聊架構(gòu)風(fēng)格之前先明確一個問題,什么是架構(gòu)?我們?yōu)槭裁匆x擇架構(gòu)?用來解決哪些問題?
什么是架構(gòu)
書本定義:“軟件的架構(gòu)是一種抽象的結(jié)構(gòu),他由軟件的各個組成部分和這些部分之間的依賴關(guān)系構(gòu)成”。
我的理解是,架構(gòu)就是根據(jù)業(yè)務(wù)選擇合適的技術(shù)、中間件,并且按照合適的設(shè)計模式對這些模塊,進行組裝來滿足業(yè)務(wù)特性的需求。
選擇架構(gòu)風(fēng)格的目的
我們選擇架構(gòu)風(fēng)格的初衷在于 “三更原則”(自己的理解) :更好地降本提效、更快地發(fā)版上線、更好地維護系統(tǒng)穩(wěn)定性。
任何一個架構(gòu)風(fēng)格,都可以實現(xiàn)功能性需求,但是一個好的架構(gòu)風(fēng)格能在功能性需求之上,提升非功能性需求。那么你可能會問,什么是非功能性需求?舉例:擴展性、穩(wěn)定性等等。
這里將會以我認知結(jié)合踩過的坑,來給大家詳細講一下,我們是如何從單體架構(gòu)演進到分布式架構(gòu)。在向分布式單體架構(gòu)的演進的道路上,又是如何進行的抉擇,以及為什么最后同時選擇了 微服務(wù)架構(gòu)+分布式架構(gòu) 的原因。接下來就結(jié)合一個系統(tǒng)來作為案例,貫穿主線講解。
首先來講一下,最初的單體架構(gòu)的經(jīng)歷和轉(zhuǎn)型。
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單體架構(gòu)
我們在系統(tǒng)創(chuàng)建之初,往往都是集中業(yè)務(wù)、單點部署系統(tǒng),所有業(yè)務(wù)打一個包,快速上線。滿足了業(yè)務(wù)初期的快速發(fā)版上線,而且適合中小公司沒有自己的 PaaS 平臺,應(yīng)對初期快速迭代的業(yè)務(wù),開發(fā)、迭代、測試、發(fā)布都是非常的便捷。那么單體架構(gòu)都有什么類型呢?
單體架構(gòu)類型
單體架構(gòu)也分為大泥團架構(gòu)、分層單體架構(gòu)、模塊化單體架構(gòu),他們的區(qū)別是什么呢?
- 大泥團單體架構(gòu) :毫無分層、所有模塊聚焦在一起,相互穿插(除非是你接手需要改造,否則不要創(chuàng)建這樣的架構(gòu)風(fēng)格。這種大泥團架構(gòu)很難拆分,到最后的下場往往都是重新搭建);
- 分層單體架構(gòu) :普遍的選擇。架構(gòu)進行了簡單的分層,比如傳統(tǒng)的 MVC 三層架構(gòu);
- 模塊化單體架構(gòu) :一般是隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展,由分層單體架構(gòu)演變而來,特點就是引入了多個業(yè)務(wù)模塊并且提供相應(yīng)的服務(wù)能力。
單體架構(gòu)的優(yōu)缺點
優(yōu)點
- 應(yīng)用的開發(fā)很簡單
- 易于對應(yīng)用程序大規(guī)模的更改
- 測試相對簡單、直觀
- 部署簡單明了
- 橫向擴展不費吹灰之力
在業(yè)務(wù)的初期,單體架構(gòu)的優(yōu)點,無論從哪個方面來說,都優(yōu)于其他架構(gòu)風(fēng)格,但是隨著業(yè)務(wù)的增加、耦合,單體架構(gòu)的缺點也逐漸暴露出來,這個也符合“康威定律”。那么單體架構(gòu)的“后期”會暴露出哪些問題呢?
缺點
- 代碼庫膨脹
- 過度的復(fù)雜性會嚇退開發(fā)者
- 開發(fā)速度慢
- 從代碼提交到實際部署的周期很長,而且容易出問題
- 難以擴展
- 系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保障
- 需要長期依賴某個可能過時的技術(shù)棧
單體架構(gòu)的這些缺點,其實影響的還是我上面提到的“三更原則”。經(jīng)過上面的鋪墊,相信大家已經(jīng)對單體架構(gòu)風(fēng)格已經(jīng)有了簡單的理解。
光有方法論是不行的,我們得結(jié)合項目以及代碼片段來加深理解,做到真正的應(yīng)用。接下來我就用一個庫存系統(tǒng)來進行串聯(lián)進行講解。先通過這張圖來了解下庫存系統(tǒng)是用來做什么的?
-
創(chuàng)建之初,1 個服務(wù)提供商品庫存維護、庫存查詢、庫存扣減能力。
-
隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展,庫存面向多個服務(wù):B 端業(yè)務(wù),平臺內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)、平臺外部中臺。C 端業(yè)務(wù),訂單商品扣減庫存、網(wǎng)關(guān)查詢庫存數(shù)量。

單體架構(gòu)的案例——庫存系統(tǒng)
最初的庫存代碼分層如下:
- api :對外提供的 Dubbo 服務(wù)
- common :封裝了公共方法
- dao :封裝了數(shù)據(jù)庫 DHCP 交互
- domain :實體類
- inner-api :系統(tǒng)內(nèi)部 API 交互
- router :廢棄
- rpc :上下游 RCP 交互
- service :業(yè)務(wù)邏輯層
- web :Web 服務(wù)層
- worker :任務(wù)調(diào)度層

在最初很長的一段時間里,我們部署了兩個單體服務(wù)。一個是 API 接口來保障上游的庫存查詢以及調(diào)用,另一個是 Web 服務(wù)的后臺管理平臺。這兩個單體服務(wù)很好的貼合了最初的業(yè)務(wù)迭代和發(fā)版速度,但是后來隨著業(yè)務(wù)的增加附加調(diào)用量的增加,單體服務(wù)的無論是從性能和穩(wěn)定性都出現(xiàn)了較大的波動。
意料之外,情理之中的事故慘案
2015 年 6 月 26 日晚,也是一個促銷活動的前夕,庫存的 Web 管理平臺掛了,原因就是大量庫存導(dǎo)入,服務(wù)器的內(nèi)存不足導(dǎo)致機器宕機。商家、運營無法通過導(dǎo)表的方式去維護庫存數(shù)量,在這之前已經(jīng)經(jīng)歷過了多次橫向擴容。還是出現(xiàn)了預(yù)料之外的流量和穩(wěn)定性的問題。

而且在接下來的大促過程當中,庫存的單體服務(wù) API 接口也承受了非常大的壓力。
一方面是上游調(diào)用方有很多,比如 App 端首頁中的門店網(wǎng)關(guān),查詢商品是否有庫存,是否展示。購物車加車,也會查詢商品庫存的數(shù)量,提單則會對庫存數(shù)量進行扣減,乃至后續(xù)的訂單取消同樣也會調(diào)用庫存接口。
另一方面大的 KA 商家通過中臺對接對庫存進行操作,為了盡可能的讓商家門店的庫存和線上平臺的庫存保持一致,減少線上線下庫存不一致導(dǎo)致的超賣、少賣。中臺同步間隔時間都非常短,5 分鐘~10 分鐘就要全量同步一次。后續(xù)隨著入駐的商家增多,這個量級增長得也非常的迅速。于是我們開啟了單體服務(wù)向分布式服務(wù)演進的大門。
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分布式架構(gòu)
分布式架構(gòu)的優(yōu)缺點
優(yōu)點
- 可用性高
- 可擴展性高
- 系統(tǒng)容錯性高
- 業(yè)務(wù)代碼可讀性高
- 維護簡單
這些優(yōu)點正是我們當時庫存系統(tǒng)欠缺的,尤其是其中的可用性、系統(tǒng)容錯性,是我們系統(tǒng)演進迭代的首要目標。
《分布式架構(gòu)體系》中描述到,分布式架構(gòu)的核心理念也是按照(功能、業(yè)務(wù)、領(lǐng)域等)對系統(tǒng)進行拆分,通過合理的拆分結(jié)構(gòu),實現(xiàn)各業(yè)務(wù)模塊的解耦,同時通過系統(tǒng)級容錯設(shè)計,在廉價硬件基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)建起高可用、可擴展的開放技術(shù)體系。
所以我們庫存系統(tǒng)到底要按照什么進行拆分,功能?業(yè)務(wù)?領(lǐng)域?在拆分之前我們一定要明確設(shè)計的目標,避免目標方向錯誤帶來的人力、成本資源的浪費。在弄清楚目標之前,我們先了解下分布式架構(gòu)的缺點,通過了解這些缺點來衡量滿足我們目標的前提下,需要進行哪些方面的取舍,就如 CAP 原則一樣,只能滿足其中的兩個,AP 或者 CP。
2)分布式架構(gòu)的缺點
- 服務(wù)多,人員對拆分后的業(yè)務(wù)模塊理解要花費一些成本
- 技術(shù)棧升級耗費人力
- 分布式事務(wù)的保持
- 業(yè)務(wù)模塊之間的 RPC 交互損耗
庫存系統(tǒng)的特點,高可用、高并發(fā)、強數(shù)據(jù)一致性。接下來我們就來講一下,庫存是如何從單體架構(gòu)向分布式架構(gòu)進行的轉(zhuǎn)型。
單體架構(gòu)如何向分布式架構(gòu)轉(zhuǎn)型
因為庫存面臨的最大的問題是穩(wěn)定性,所以我們首先針對功能進行了拆分。
1)功能拆分
這一步是相對簡單的,我們梳理出庫存面向服務(wù)的業(yè)務(wù)方進行服務(wù)劃分。這部分無需進行太多代碼的改造,一套接口通過變更不同的 group 別名,部署到不同的集群即可。

拆分后,不同的服務(wù)應(yīng)對不同的業(yè)務(wù)方,系統(tǒng)錯誤的隔離性好,不會說出現(xiàn)一損俱損的局面,穩(wěn)定性上也有了保障。在解決了穩(wěn)定性的問題后,留給我們了一些喘氣的間隔,可以有時間去進行代碼的優(yōu)化。因為剛才也提到了,我們只是通過分布式的集群部署來解決容錯性的問題,但是代碼還是一套,臃腫的代碼也會拖慢我們的開發(fā)上線速度。那么接下來要進行的就是,對業(yè)務(wù)代碼的解耦,這塊也是難度最高的。我們是如何做的呢?
2)業(yè)務(wù)拆分
業(yè)務(wù)拆分的思路是什么呢?
- 以業(yè)務(wù)本身為導(dǎo)向,充分了解系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型,劃分業(yè)務(wù)邊界;
- 業(yè)務(wù)依賴的范圍,細分功能,盡量減少功能之間的重復(fù)依賴;
- 根據(jù)拆分功能的影響大小進行評估,拆小保大;
- 拆分的過程中不要修改業(yè)務(wù)邏輯,不要進行拆分之外的任何優(yōu)化動作(除非是bug)。
基于上述拆分的思路,庫存系統(tǒng)又是如何劃分的業(yè)務(wù)模塊呢?動了哪些代碼?
3)如何劃分業(yè)務(wù)模塊
關(guān)于業(yè)務(wù)劃分,網(wǎng)上有很多方法論,事件風(fēng)暴法、四色建模法等等,但是萬法不離其宗,那就是圍繞事件。以庫存系統(tǒng)舉例:庫存初始化(門店 + sku 庫存創(chuàng)建)、庫存數(shù)量維護(修改現(xiàn)貨數(shù)量、修改可售狀態(tài))、扣減業(yè)務(wù)(購物車扣減、提單扣減、訂單取消扣減)、提醒業(yè)務(wù)(缺貨提醒)等。每一個事件都有獨立的鏈路軸,以及時間線可以形成閉環(huán)。



4)如何在原有模塊上拆分
大多數(shù)單體架構(gòu)都是面向過程的設(shè)計,domain 層充斥這個各種 DTO、VO、BO,所以在層與層的數(shù)據(jù)交互過程中,大都是經(jīng)歷了多次的 POJO。另外就是 Service 層充斥著和 DAO 層數(shù)據(jù)交互以及參雜了業(yè)務(wù),而且嚴重違反了依賴倒置原則,整個層變得非常的沉重。這里舉個例子:
- 同層級間相互引用
- Service 層包含了太多業(yè)務(wù)邏輯,無法保障原子性

這里截取部分代碼片段作為案例,來講述下我們在拆分業(yè)務(wù)的過程中,需要做一些什么操作。
- 對 Service 層進行 CQS 的拆分
- 把業(yè)務(wù)邏輯從原有的 Service 層抽離,保障 Service 方法遵循 SRP 原則
- 新增業(yè)務(wù)聚合層(或者向六邊形架構(gòu)里提到的 adapter 轉(zhuǎn)接口)來聚合 Service 層的方法

原始代碼
@Service
publicclassSkuMainServiceImplimplementsSkuMainService{
privatestaticfinalorg.slf4j.LoggerLOGGER=LoggerFactory.getLogger(SkuMainServiceImpl.class);
@Resource
privateSkuMainDaoskuMainDao;
@Resource
privateZkConfManagerCenterServicezkConfManagerCenterService;
@Resource
privateProductImagesServiceproductImagesService;//同級互相引用,未遵循依賴倒置
@Resource
privateMqServicemqServiceImpl;
@Value("${system.group.environment}")
privateStringsystemGroupEnvironment;
/**
*問題:service層聚合了太多業(yè)務(wù)邏輯倒置上層方法沒辦法統(tǒng)一
*@paramskuMainInfoMQEntity
*@throwsException
*/
publicvoideditorSaveProuct(SkuMainInfoMQEntityskuMainInfoMQEntity)throwsException{
try{
SkuMainBeanskuMainBean=skuMainInfoMQEntity.getSkuMainBean();
if(skuMainBean==null){
thrownewException("修改參數(shù)為空!");
}
SkuMainBeanoriginalSku=this.getSkuMainBeanBySkuId(skuMainBean.getId());
if(originalSku==null){
thrownewException("無效SkuId!");
}
SkuMainBeanskuMainUpdate=updateIsWeightMark(skuMainBean);
SkuMainBeanskuMainPre=this.get(skuMainUpdate.getId());
//系統(tǒng)下架的商品強制下架
if(skuMainPre!=null&&skuMainPre.getSystemFixedStatus()!=null&&skuMainPre.getSystemFixedStatus().equals(SystemFixedStatusEnum.SYSTEM_FIXED_STATUS_DOWN.getCode())){
skuMainUpdate.setFixedStatus(FixedStatusEnum.PRODUCT_DOWN.getCode());
}
booleanflag=skuMainDao.editorProduct(skuMainUpdate);
if(flag){
if(!zkConfManagerCenterService.isDefaultStoreStatisticsScore(skuMainBean.getOrgCode())){
SkuMainBeansaveSkumainBean=this.get(skuMainUpdate.getId());
//防止未查到,把緩存覆蓋
if(saveSkumainBean!=null){
cacheSkuMainBean(saveSkumainBean);
}
//發(fā)送Sku修改MQ
sendSkuModifyMq(SkuModifyOpSourceEnum.MIX_UPDATE_SKU,originalSku,newSkuMainInfoMQEntity(skuMainUpdate));
ProductImagesBeanproductImagesBean=productImagesService.queryImagesBySkuId(skuMainUpdate.getId());
SkuMainInfoCheckMQEntityskuMainInfoCheckMQEntity=newSkuMainInfoCheckMQEntity();
skuMainInfoCheckMQEntity.setSkuMainBean(skuMainUpdate);
skuMainInfoCheckMQEntity.setProductImagesBean(productImagesBean);
mqServiceImpl.sendJosMQ(skuMainInfoCheckMQEntity,MqTypeEnum.RcsKeyWordsCheck);
mqServiceImpl.sendJosMQ(skuMainInfoCheckMQEntity,MqTypeEnum.SenseKeyWordsCheck);
}else{
LOGGER.info("addopenplatformsku,notnotnotsendmq!skuId={}",skuMainBean.getId());
}
}
}catch(Exceptione){
LOGGER.error("修改商品信息失敗.e:",e);
thrownewException(e);
}
}
CQS 和 SRP 的改造,拆解 GOD Classes
Read 服務(wù)

Write 服務(wù)

抽離到業(yè)務(wù)層 Business 層后
@Service
publicclassSkuMainBusinessServiceImplimplementsSkuMainBusinessService{
privatestaticfinalorg.slf4j.LoggerLOGGER=LoggerFactory.getLogger(SkuMainBusinessServiceImpl.class);
@Resource
privateZkConfManagerCenterServicezkConfManagerCenterService;
@Resource
privateMqServicemqService;
@Resource
privateSkuMainReadserviceskuMainReadservice;
@Resource
privateSkuMainWriteserviceskuMainWriteservice;
@Value("${system.group.environment}")
privateStringsystemGroupEnvironment;
/**
*問題:service層聚合了太多業(yè)務(wù)邏輯倒置上層方法沒辦法統(tǒng)一
*@paramskuMainInfoMQEntity
*@throwsException
*/
publicvoideditorSaveProuct(SkuMainInfoMQEntityskuMainInfoMQEntity)throwsException{
try{
SkuMainBeanskuMainBean=skuMainInfoMQEntity.getSkuMainBean();
if(skuMainBean==null){
thrownewException("修改參數(shù)為空!");
}
SkuMainBeanoriginalSku=skuMainReadservice.getSkuMainBeanBySkuId(skuMainBean.getId());
if(originalSku==null){
thrownewException("無效SkuId!");
}
SkuMainBeanskuMainUpdate=skuMainWriteservice.updateIsWeightMark(skuMainBean);
SkuMainBeanskuMainPre=skuMainReadservice.queryDbById(skuMainUpdate.getId());
//系統(tǒng)下架的商品強制下架
if(skuMainPre!=null&&skuMainPre.getSystemFixedStatus()!=null&&skuMainPre.getSystemFixedStatus().equals(SystemFixedStatusEnum.SYSTEM_FIXED_STATUS_DOWN.getCode())){
skuMainUpdate.setFixedStatus(FixedStatusEnum.PRODUCT_DOWN.getCode());
}
booleanflag=skuMainWriteservice.editorProduct(skuMainUpdate);
if(flag){
if(!zkConfManagerCenterService.isDefaultStoreStatisticsScore(skuMainBean.getOrgCode())){
SkuMainBeansaveSkumainBean=skuMainservice.queryDbById(skuMainUpdate.getId());
//防止未查到,把緩存覆蓋
if(saveSkumainBean!=null){
skuMainWriteservice.cacheSkuMainBean(saveSkumainBean);
}
//發(fā)送Sku修改MQ
skuMainWriteservice.sendSkuModifyMq(SkuModifyOpSourceEnum.MIX_UPDATE_SKU,originalSku,newSkuMainInfoMQEntity(skuMainUpdate));
}else{
LOGGER.info("addopenplatformsku,notnotnotsendmq!skuId={}",skuMainBean.getId());
}
}
}catch(Exceptione){
LOGGER.error("修改商品信息失敗.e:",e);
thrownewException(e);
}
}
構(gòu)建好的業(yè)務(wù)層

拆分小結(jié)
拆分到這里,業(yè)務(wù)層的劃分基本就比較清晰了。而且在這個增量整合底層代碼的過程中,面向過程的業(yè)務(wù)線也都梳理的比較清晰了,底層方法也都提取到了業(yè)務(wù)層收口,通過接口對外提供服務(wù)。那么接下來我們要面臨的問題就是,如何對具體的讀寫進行拆分。
基于 CQRS 打造分布式服務(wù)
上面我們也提到了,進行了整體功能的拆分,并沒有對具體的讀寫服務(wù)的拆分。在面向服務(wù)的場景下,功能里也是分讀服務(wù)、寫服務(wù)。那么我們有什么原則來指導(dǎo)讀寫服務(wù)的分離么?那就是 CQRS 的思想:命令職責(zé)查詢分離,不單單指代碼,同樣也是適用于服務(wù)。

優(yōu)先拆分讀還是優(yōu)先拆分寫
建議從拆分讀開始,因為讀服務(wù)相對于寫服務(wù)簡單一些,而且更容易提高系統(tǒng)對外服務(wù)的穩(wěn)定性,寫服務(wù)的流程相對底層改動比較大,測試的周期也會比較長。在前期,動寫服務(wù)系統(tǒng)出問題的概率會比較大,所以綜合穩(wěn)定性、擴展性來說,優(yōu)先拆分讀服務(wù)是一個比較好的選擇。
CQRS 的思想適合所有業(yè)務(wù)場景嗎?
以庫存系統(tǒng)舉例,我們就按照 CQRS 的思想復(fù)刻一版,看看會出現(xiàn)什么問題。
- 每一次修改同步庫存寫入任務(wù)表
- schedule 任務(wù)讀取任務(wù)表
- 把任務(wù)表的修改數(shù)據(jù)同步到 Read 服務(wù)中的 Redis 中
在這個過程中,存在兩個問題:
-
大數(shù)據(jù)量任務(wù)同步的問題:也就是 Event Bus 同步 Redis 的數(shù)據(jù)同步速度問題。
-
延遲問題:庫存要求實時性非常高,如果因為任務(wù)積壓導(dǎo)致的延遲,會讓庫存陷入困境之中。大量的庫存數(shù)量不對導(dǎo)致的超賣、超賣會瞬間擊潰業(yè)務(wù)。

所以每一個架構(gòu)、每一種思想都是要結(jié)合業(yè)務(wù)去分析。我們可以借鑒 CQRS 的命令查詢職責(zé)分離,在面對業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署的時候,不要死板的遵循固有的模式,要對現(xiàn)有的風(fēng)格做出一定的取舍。所以,我們在應(yīng)對庫存業(yè)務(wù)的時候,基于 CQRS 的風(fēng)格創(chuàng)建出了庫存獨有的 CQRS-StockCenter。
CQRS 的活學(xué)活用:CQRS-StockCenter
- business 業(yè)務(wù)層寫入命令
- writeService 服務(wù)寫入讀服務(wù) Redis
- MQ 消息作為異步數(shù)據(jù)補全寫入 MySQL 備份、寫入流水

庫存通過這套設(shè)計強依賴了 Redis 來作為庫存查詢、修改的中間件。保障了數(shù)據(jù)的強一致性。庫存在原有的服務(wù)上,分離了讀寫,保障了系統(tǒng)的 CQRS 命令職責(zé)查詢分離。

分布式事務(wù)
大家都知道事務(wù)。簡單來說,事務(wù)由一組關(guān)聯(lián)操作構(gòu)成,A->B->C ,如果執(zhí)行到C報錯了,那么要回滾 B->A。
對于本地事務(wù)來說,這個相對很簡單,如果你用了事務(wù)型數(shù)據(jù)庫比如 MySQL,并且不涉及多個數(shù)據(jù)源的情況下,保障事務(wù)的 ACID 非常的容易。但是我們這里要提到的就是分布式事務(wù)。
系統(tǒng)拆分后,由于每個服務(wù)是一個獨立的模塊,負責(zé)一塊業(yè)務(wù),那么在整個業(yè)務(wù)軸的流程下,各個服務(wù)節(jié)點的跨系統(tǒng)事務(wù)回滾成為了一個難題。
業(yè)界也有一些方案,比如 JTA(Java Transaction API 即 Java 事務(wù) API)和 JTS(Java Transaction Service 即 Java 事務(wù)服務(wù)),為 J2EE 平臺提供了分布式事務(wù)服務(wù)。
但是,這種需要滿足 XA(兩階段提交)的標準非常的重。而且現(xiàn)在的業(yè)務(wù)多樣性,很多數(shù)據(jù)庫比如 MongoDB,并不支持 XA 的標準分布式事務(wù),一些流行的中間件,比如 RabbitMQ 和 Kafka 也不支持分布式事務(wù)。
審核編輯 :李倩
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模塊
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代碼
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架構(gòu)
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原文標題:單體架構(gòu)服務(wù)轉(zhuǎn)型至分布式的踩坑經(jīng)歷
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