服务端开发：技术、方法与实用解决方案

第一部分　技术与方法
第1章　走进服务端开发    2
1.1　服务端开发概述    2
1.1.1　服务端开发的定义    2
1.1.2　服务端开发的职责    4
1.2　服务端开发技术栈    5
1.2.1　编程语言    5
1.2.2　开发工具    6
1.2.3　开发框架    8
1.2.4　数据库与数据存储    10
1.2.5　中间件    14
1.2.6　操作系统    16
1.2.7　应用部署    19
1.2.8　运维监控    22
1.3　服务端开发核心流程    24
1.3.1　需求分析    24
1.3.2　抽象建模    26
1.3.3　系统设计    27
1.3.4　数据设计    30
1.3.5　非功能性设计    31
1.4　服务端开发进阶路径    33
1.4.1　构建能力模型    33
1.4.2　专业知识体系化    34
1.4.3　掌握学习方法    35
1.4.4　技术与业务同行    36
1.4.5　树立正确的观念    37
第2章　需求分析    39
2.1　需求分类    39
2.1.1　产品需求    40
2.1.2　技术需求    40
2.2　需求分析的流程    40
2.2.1　学习领域知识    41
2.2.2　明确业务目标    42
2.2.3　明确业务用例    43
2.2.4　梳理用例场景    44
2.2.5　构建业务模型    45
2.2.6　确认业务规则    47
2.2.7　确认需求    47
2.3　需求分析的常用方法    48
2.3.1　功能分析法    48
2.3.2　数据流分析法    51
2.3.3　面向对象分析法    55
2.4　需求分析的重点和难点    56
2.4.1　统一语言    56
2.4.2　识别问题    57
2.4.3　数据分析    58
2.4.4　细节陷阱    59
第3章　抽象建模    61
3.1　抽象思维    61
3.1.1　软件世界中的抽象    61
3.1.2　提升抽象思维的方法    63
3.2　建模方法    65
3.2.1　问题空间和解决方案空间    65
3.2.2　什么是领域模型    66
3.2.3　为什么要建立领域模型    68
3.2.4　典型的建模方法    69
3.2.5　建模应遵循的3个原则    71
3.3　用例建模法知识储备    73
3.3.1　建模基础    73
3.3.2　什么是用例    74
3.3.3　挖掘用例的5个步骤    75
3.3.4　绘制用例图的6个要素    78
3.4　用例建模法的4个实施步骤    80
3.4.1　提取模型    80
3.4.2　补充属性    81
3.4.3　关系抽象    82
3.4.4　模型验证    84
3.5　建模小结    85
第4章　系统设计    87
4.1　大话系统设计    87
4.1.1　战术编程腐蚀系统    87
4.1.2　系统复杂化的3个特征    88
4.1.3　系统复杂化的3个诱因    89
4.1.4　复杂化应对之道    90
4.2　总体架构    91
4.2.1　什么是架构    91
4.2.2　架构推演    92
4.2.3　设计功能域    94
4.2.4　设计功能域协作    95
4.2.5　明确数据边界    96
4.2.6　架构约束考量    97
4.2.7　逻辑架构粒度    98
4.2.8　小结    98
4.3　内部分层    99
4.3.1　什么是分层    99
4.3.2　功能域内部分层    101
4.3.3　分层原则    103
4.3.4　小结    105
4.4　详细设计    106
4.4.1　设计内容    106
4.4.2　设计原则    107
4.4.3　设计模式    109
4.4.4　小结    110
4.5　一图胜千言    111
4.5.1　绘图工具    111
4.5.2　“4 1”模型    112
4.5.3　C4模型    112
第5章　数据设计    117
5.1　数据设计概述    117
5.1.1　数据设计的步骤    117
5.1.2　概念数据模型    118
5.1.3　逻辑数据模型    119
5.1.4　物理数据模型    120
5.2　数据库的分类    120
5.2.1　关系型数据库    121
5.2.2　NoSQL数据库    122
5.2.3　NewSQL数据库    123
5.3　常用数据库及其适用场景    124
5.3.1　常用的关系型数据库    124
5.3.2　常用的NoSQL数据库    127
5.3.3　存储选型    130
5.4　存储架构演进    131
5.4.1　单机模式    131
5.4.2　独立主机    131
5.4.3　读写分离    132
5.4.4　垂直拆分    132
5.4.5　水平拆分    134
5.4.6　复合存储方案    136
5.5　物理数据表设计    137
5.5.1　表设计    137
5.5.2　字段设计    139
5.5.3　索引设计    140
5.5.4　语句设计    142
第6章　非功能性设计    145
6.1　稳定性设计    145
6.1.1　什么是稳定性    145
6.1.2　容量评估    147
6.1.3　压测摸底    151
6.1.4　风险识别    152
6.1.5　限流方案    152
6.1.6　降级方案    155
6.1.7　监控告警    157
6.2　预案设计    158
6.2.1　为什么要做预案    158
6.2.2　如何做预案    159
6.3　可测性设计    160
6.3.1　可操作    160
6.3.2　可灰度    161
6.3.3　可压测    162
6.4　资金安全设计    162
6.4.1　资损风险分析    162
6.4.2　资损防控三部曲    163
6.4.3　一致性    164
6.4.4　幂等    166
6.4.5　数据核对    167
6.4.6　数据监控    169
6.4.7　应急止损    170
6.5　其他非功能性设计    170
6.5.1　兼容性    171
6.5.2　异常/补偿    172
6.5.3　扩展性    174
第二部分　解决方案
第7章　高并发问题及解决方案    176
7.1　高并发概述    176
7.1.1　并发    176
7.1.2　CPU密集型与I/O密
集型    177
7.1.3　高并发    178
7.2　资源扩展策略    179
7.2.1　垂直扩展    179
7.2.2　水平扩展    180
7.2.3　负载均衡    183
7.3　数据缓存策略    187
7.3.1　本地缓存    187
7.3.2　分布式缓存    194
7.3.3　CDN    197
7.3.4　多级缓存    199
7.3.5　案例解析    200
7.4　流量削峰策略    202
7.4.1　消息队列削峰    202
7.4.2　客户端削峰    205
7.5　服务降级策略    206
7.5.1　降级范围    207
7.5.2　降级的分类    207
7.6　限流策略    208
7.7　基本原则    208
第8章　缓存的典型问题及解决
方案    210
8.1　缓存预热    210
8.1.1　应用启动预热策略    210
8.1.2　任务调度预热策略    211
8.1.3　模拟请求预热策略    215
8.1.4　小结    215
8.2　缓存淘汰    216
8.2.1　LRU    216
8.2.2　LFU    217
8.2.3　ARC    217
8.2.4　FIFO    219
8.3　缓存更新    219
8.3.1　Cache Aside模式    220
8.3.2　Read/Write Through模式    222
8.3.3　Write Behind Caching
模式    223
8.3.4　小结    224
8.4　缓存雪崩    224
8.4.1　缓存常驻策略    224
8.4.2　多级缓存策略    224
8.4.3　过期时间优化策略    225
8.4.4　加锁重建策略    226
8.5　缓存穿透    227
8.5.1　缓存空值策略    227
8.5.2　布隆过滤器策略    227
8.5.3　布谷鸟过滤器策略    231
8.6　缓存热点    232
8.6.1　前置缓存策略    232
8.6.2　热点散列策略    233
第9章　缓存数据与数据库数据一致性
问题及解决方案    235
9.1　CAP 理论简介    235
9.1.1　CAP定义解读    235
9.1.2　三个核心需求不可兼得    236
9.2　缓存数据与数据库数据不一致的
原因    238
9.2.1　操作时序导致数据不一致    238
9.2.2　操作失败导致数据不一致    239
9.2.3　不可实现的绝对一致性    241
9.3　延时双删    242
9.3.1　原理及实施步骤    242
9.3.2　如何确定延时    243
9.3.3　优点与不足    244
9.4　基于binlog异步删除缓存    244
9.4.1　MySQL主从同步原理    244
9.4.2　感知数据库变更    246
9.4.3　客户端订阅变更    246
9.4.4　消息队列订阅变更    247
9.4.5　删除缓存    249
9.5　自动过期加失败补偿    250
第10章　分布式系统幂等问题及
解决方案    251
10.1　幂等概述    251
10.1.1　幂等场景举例    251
10.1.2　什么是幂等    252
10.1.3　为什么需要幂等    253
10.1.4　并发与幂等    254
10.2　幂等实现四部曲    255
10.2.1　副作用分析    255
10.2.2　幂等号设计    255
10.2.3　幂等数据持久化设计    258
10.2.4　幂等处理流程设计    259
10.3　典型幂等策略    261
10.3.1　唯一索引策略    261
10.3.2　悲观锁策略    263
10.3.3　分布式锁策略    264
10.3.4　其他策略    266
10.4　幂等号生成    266
10.4.1　客户端与服务端幂等    266
10.4.2　服务端系统间幂等    268
10.5　幂等注意事项    268
第11章　秒杀系统关键问题及解决
方案    271
11.1　主要技术难点    271
11.1.1　高并发    271
11.1.2　高可用    273
11.1.3　一致性    273
11.1.4　反作弊    274
11.2　电商平台的库存运作全景图    275
11.2.1　库存模型    275
11.2.2　扣减模式    276
11.2.3　扣减执行流程    276
11.2.4　库存查询    277
11.2.5　核心链路    277
11.3　库存架构演进    279
11.3.1　独立主机    279
11.3.2　分库分表    280
11.3.3　热点处理    280
11.4　库存单元化    282
11.4.1　中心化乌云    282
11.4.2　优化困境    285
11.4.3　单元封闭    285
11.4.4　全局库存与局部库存    287
11.4.5　库存回收难点    290
11.4.6　全局库存可见性    292
第12章　常见性能瓶颈及解决
方案    294
12.1　软件性能概述    294
12.1.1　如何理解软件性能    294
12.1.2　软件性能评价指标    295
12.1.3　性能瓶颈与分析要素    296
12.2　CPU    296
12.2.1　线程与进程    297
12.2.2　CPU使用率    300
12.2.3　平均负载    302
12.2.4　CPU使用率与平均负载的
差异    304
12.2.5　瓶颈表征及解决方案    305
12.3　内存    307
12.3.1　内存使用率    308
12.3.2　特殊内存    309
12.3.3　内存回收    310
12.3.4　瓶颈表征及解决方案    311
12.4　磁盘    312
12.4.1　Linux I/O栈    313
12.4.2　磁盘交互    315
12.4.3　主要性能指标    318
12.4.4　瓶颈表征及解决方案    319
第13章　高可用问题及解决方案    321
13.1　高可用概述    321
13.1.1　什么是高可用    321
13.1.2　为什么需要高可用    322
13.1.3　稳定性与高可用    323
13.2　高可用设计原则    324
13.2.1　减少潜在风险的数量    324
13.2.2　减小故障的影响范围    324
13.2.3　缩短故障的影响时间    325
13.3　接入层高可用    326
13.3.1　负载均衡    326
13.3.2　Keepalived    327
13.3.3　ECMP    328
13.4　业务层高可用    329
13.4.1　无状态服务    329
13.4.2　集群部署    331
13.4.3　依赖处理    332
13.4.4　重试机制    333
13.4.5　幂等设计    334
13.4.6　服务降级    334
13.4.7　服务限流    335
13.4.8　监控预警    335
13.5　数据层高可用    336
13.5.1　副本机制    337
13.5.2　数据复制模式    337
13.5.3　利用Raft算法实现数据
复制    338
13.5.4　利用Raft算法实现故障
转移    345
13.5.5　数据分片    347
13.5.6　缓存高可用    348
第14章　服务端开发实用规范    349
14.1　实用API设计规范    349
14.1.1　明确边界    349
14.1.2　“命令，不要去询问”
原则    351
14.1.3　单一职责原则    353
14.1.4　不要基于实现设计API    355
14.1.5　异常模式或错误码模式    355
14.1.6　避免使用带有标识的
参数    357
14.1.7　API如其名    358
14.1.8　建立文档    358
14.1.9　统一风格    359
14.2　实用日志规范    359
14.2.1　基本规范    359
14.2.2　级别规范    360
14.2.3　格式规范    360
14.2.4　其他规范    361
14.3　实用异常处理规范    362
14.3.1　异常处理机制    362
14.3.2　常用处理规范    363
14.4　实用代码编写规范    364
14.4.1　大道至简    364
14.4.2　重复有度    365
14.4.3　快速失败原则    367
14.5　实用注释规范    369
14.5.1　复杂的逻辑    370
14.5.2　晦涩的算法    370
14.5.3　特殊的常量    371
14.5.4　非常规写法    371
14.5.5　对外API    372
14.5.6　法律文件    373