快速理解复杂系统组成学习内容整合

一、复杂系统组成

二、接入系统 (Access System)

三、应用系统 (Application System)

四、基础平台 (Foundation Platform)

五、中间件 (Abundant External Middleware)

六、支撑系统 (Supporting System)

参考文章

一、复杂系统组成

复杂系统是由多个相互关联、相互作用的组件组成的大型系统，通过这些组件的协同工作来完成特定的任务或提供特定的服务。在设计复杂系统时，通常会考虑以下五个关键模块，具体如下：

简单介绍如下：

模块	定义	例子
接入系统 (Access System)	系统与外部世界进行交互的入口，负责处理外部请求、验证身份、收集输入等。	用户界面、API端点、外部传感器等
应用系统 (Application System)	整个系统的核心，负责处理业务逻辑、执行特定功能和任务，包括系统的主要功能和算法。	业务逻辑、数据处理、核心功能模块等
基础平台 (Foundation Platform)	提供支持应用系统运行的底层基础设施，包括硬件、操作系统、数据库管理系统等。	服务器、存储系统、操作系统、数据库等
大量外部的中间件 (Abundant External Middleware)	连接和协调系统不同组件的软件层，系统依赖于多种外部工具和服务，用于增强功能、提高性能或满足特定需求。	消息队列、缓存系统、身份验证服务、监控工具等
支撑系统 (Supporting System)	包括维护和管理整个系统所需的各种支持服务，如日志记录、监控、安全性、备份等。	日志系统、监控系统、安全系统、备份系统等

二、接入系统 (Access System)

接入系统，它负责接收用户的请求，然后把用户的请求分发到某个Web服务器进行处理，接入系统主要包括DNS域名解析、负载均衡、Web服务器这些组件。

想象一个在线购物平台，用户在浏览器中输入商店的域名，触发了以下过程：

DNS域名解析： 用户的域名通过DNS解析得到相应的IP地址，确定了在线购物平台的服务器位置。
负载均衡： 用户的请求到达后，负载均衡器检测当前各个Web服务器的负载情况，并将请求分发给最空闲的服务器，确保各服务器能够均衡处理流量。
Web服务器： 最终，用户的请求到达Web服务器，该服务器处理并返回相应的页面，展示给用户。如果有大量用户同时访问，负载均衡器会根据负载情况动态调整分发策略，确保整个系统的稳定性和性能。

其中简单的技术点可能如下：

阶段	技术实现	实现方案
DNS域名解析	- 使用专业的DNS解析服务提供商或自建DNS服务器。	- 采用Anycast技术，将DNS服务器分布在全球，提高解析速度。
负载均衡	- 使用专业的负载均衡设备或软件（如Nginx、HAProxy）。	- 采用轮询或基于权重的算法，确保每个Web服务器均衡处理流量。
Web服务器	- 高性能的Web服务器（如Nginx、Apache）。	- 使用多台Web服务器构建集群，确保高峰时期的大量用户请求。
	- 应用服务器（如Tomcat、Node.js）处理动态内容。	- 使用自动伸缩技术，根据实时负载动态调整服务器数量。
	- CDN缓存静态资源，减轻服务器压力。	- 使用缓存技术，提高系统的响应速度。
安全性和高可用性	- SSL证书、HTTPS协议保障用户数据传输安全。	- 使用防火墙、IDS等安全措施，确保系统的安全性。
安全性和高可用性	- 备份和灾备系统跨可用区和跨地理区域部署。	- 使用Web应用防火墙（WAF）进行Web应用层攻击防御。

三、应用系统 (Application System)

应用系统是整个系统的核心，负责处理业务逻辑、执行特定功能和任务，包括系统的主要功能和算法。

构建一个成功的应用系统需要考虑多个方面，具体要根据你的应用系统的性质和目标来调整。在整个开发过程中，与团队合作、进行测试以及定期审查进展。

出发点点上起吗应该具备：

明确目标和用户需求： 在开始开发之前，确保清楚你的应用系统的目标是什么，以及你的目标用户是谁。了解用户需求，确保你的应用系统解决了真实的问题或提供了有价值的服务。
用户体验设计（UX）： 设计一个直观、易用的界面，确保用户能够轻松地理解和操作你的应用系统。注重用户体验可以提高用户留存率和满意度。鼓励用户提供反馈，并在可能的情况下积极采纳用户建议。
性能、稳定性可扩展性： 确保你的应用系统具有良好的性能和稳定性。优化代码、数据库查询以及其他关键流程，以确保用户在使用过程中不会遇到延迟或崩溃。考虑到应用系统的未来发展，设计具有良好可扩展性的架构。
安全性、合规性： 保护用户数据和隐私是至关重要的。采取适当的安全措施，包括加密通信、身份验证和授权机制，以防止潜在的攻击和数据泄露。确保你的应用系统符合法规和行业标准，特别是涉及用户数据和隐私的方面。
多平台兼容性： 如果可能，考虑设计一个可以在不同平台上运行的应用系统，例如Web、移动端和桌面。这有助于扩大用户基础。
数据管理和分析： 实施有效的数据管理和分析功能，以便了解用户行为、应用性能和其他关键指标。助于做出基于数据的决策，并不断改进你的应用系统。

在技术方面，选择合适的技术架构和实现方式，要保持灵活性，不断关注技术发展趋势，以确保应用系统始终采用最新、最适合的技术，随时适应变化的需求。比如：

合适的技术栈、前后端分离： 根据应用系统的需求和目标选择合适的技术栈。考虑到性能、可维护性、开发速度等因素，选择适合项目的编程语言、数据库、框架等技术。采用前后端分离的架构，例如使用RESTful API或GraphQL，可以使前端和后端独立开发、测试和维护，提高团队的灵活性。
微服务架构、云服务： 如果应用系统规模较大或有复杂的业务逻辑，考虑使用微服务架构可以使系统更容易扩展、部署和维护，并促使团队更好地分工合作。同样考虑使用云服务提供商，如AWS、Azure或Google Cloud等，以便更好地管理基础设施、提高可伸缩性，并受益于云服务的弹性和安全性。
容器化和编排： 使用容器技术，如Docker，并考虑使用容器编排工具，如Kubernetes，以简化应用部署、管理和维护。
自动化测试和持续集成/持续交付（CI/CD）： 实施全面的自动化测试，包括单元测试、集成测试和端到端测试，以确保代码质量。采用CI/CD流程，实现自动化的构建、测试和部署，提高交付速度和可靠性。

待看的开源项目和文献，后期可以学习：

Django: 一个用于构建Web应用的Python框架。
Ruby on Rails: 一个用于构建Web应用的Ruby框架。
Spring Boot: 一个用于构建Java应用的框架。

四、基础平台 (Foundation Platform)

基础平台：首先是各个语言的运行时，比如说JVM；然后是容器或虚拟机；下面还有操作系统；最底下就是硬件和网络。

运行时环境： 运行时环境包括各种编程语言的运行时，例如Java Virtual Machine (JVM)、Node.js、.NET Common Language Runtime (CLR)等。每个运行时环境负责解释和执行相应编程语言的代码。
容器或虚拟机： 容器和虚拟机提供了隔离和虚拟化的环境，使得应用程序可以在独立的容器或虚拟机中运行，而不受外部环境的影响。这有助于确保应用程序在不同环境中的一致性和可移植性。
操作系统： 操作系统是基础平台的核心组成部分，负责管理硬件资源，提供基本的系统服务，以及为应用程序提供一个抽象的运行环境。常见的操作系统包括Linux、Windows Server等。
硬件和网络： 这是基础平台的底层，包括服务器、存储设备、网络设备等。硬件提供计算、存储和网络资源，是应用系统正常运行的物理基础。

这部分的学习基本都是基础课程，一些基本学习资料可以后期在看看：

Coursera - Operating Systems: Three Easy Pieces: 理解操作系统基本概念基础课程；
Docker Documentation: Docker 官方文档，容器化信息学习基础；
Kubernetes Documentation: Kubernetes 官方文档，学习容器编排基础；
The Java™ Tutorials: Oracle 提供的 Java 官方教程，算Java基础了；
"Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface" by David A. Patterson and John L. Hennessy.
"Computer Networking: Principles, Protocols and Practice" by Olivier Bonaventure.

五、中间件 (Abundant External Middleware)

中间件在软件架构中发挥着重要而不可忽视的作用。它们通常充当系统中不同组件之间的连接和协调层，提供了一些关键的功能，对于构建可靠、高性能、可扩展的应用系统至关重要。虽然在系统设计中增加中间件会引入一定的复杂性，但在大多数情况下，它们为系统带来的好处远远超过了引入的复杂性。主要的学习架构如下：

六、支撑系统 (Supporting System)

在大型应用系统中，这些支撑系统往往是构建和运营复杂系统不可或缺的组成部分。它们确保了系统的可靠性、安全性、可维护性和高效性。

支撑系统	功能	常见工具
日志系统	收集、存储和分析系统生成的日志，用于故障排查、性能监控、安全审计等	ELK Stack（Elasticsearch, Logstash, Kibana）、Splunk、Fluentd
配置系统	管理应用程序的配置信息，支持动态配置更新，确保系统配置的一致性和可变性	Spring Cloud Config、Consul、etcd
运维系统	提供系统的运维和管理功能，包括监控、自动化部署、资源调度、性能优化等	Kubernetes、Docker Swarm、Ansible、Chef、Puppet
监控系统	实时监控系统的性能指标、日志、错误和异常，帮助及时发现和解决问题	Prometheus、Grafana、Nagios、Datadog
安全系统	确保系统的安全性，包括身份认证、访问控制、加密、漏洞扫描等	OAuth、JWT、Firewall、WAF（Web Application Firewall）