月份：2019年4月

中小企业web应用的架构演化

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本文从简单的单体应用架构说起，逐一介绍企业web应用在其演化进程之路上的各种典型架构，并对于各个架构阶段所面临的挑战进行讨论，最后讨论中小企业应用的终极架构目标：同城主备、异地双活。

1. 单体应用架构

在企业的创世阶段，应用开发是一个从0到1的阶段，选择一个简单架构，不仅可以快速搭建起业务，验证业务模式的正确性，还可以方便业务的快速频繁迭代。因此，很多创业企业都是从单体应用架构开始，这个应用架构的典型特点是：单应用+单数据库。

其架构示意图如下，

虽然是简单架构，麻雀虽小但五脏俱全，在这个阶段，选择合适的前后端技术栈和web框架非常重要，尽量为未来发展创造条件。

1.1 面临的挑战

业务的快速变化，应用迭代频繁，这是初期企业应用面临最大的挑战，这个时期，数据模型的设计甚至比技术栈的选择更加困难。很多时候，一旦业务发展起来了，再想对历史数据推倒重来，会是非常困难的一件事情。

为了能够面对业务的快速迭代，数据模型和应用尽量小范围、内聚、低耦合，在应用内尽量实现无状态的数据流转（比如：数据的事务操作），为未来的调整扩展留出空间、做好打算。

2. 高可用、高可靠、高性能的集群架构

当公司的业务发展起来后，对应用高可用、高可靠、高性能的要求随之而来，于是每一个应用服务部署多个实例，将其挂载在SLB下，通过SLB实现流量的均衡负载，这种集群部署方式其架构简单、技术成熟，在中小企业应用中非常流行。

为了保证数据的安全，一般会搭建起数据库的主从架构，主库用于读写，从库用于读。

2.1 架构示意图

一个集群架构的示意图如下，

图中显示了数据库的主从架构，更多的数据库架构设计可以选择，比如主主、一主多从、双主多从等。

2.2 面临的挑战

集群架构简单，部署起来也不复杂，刚开始很容易形成怎么快怎么做的问题，随着部署的应用数增多，机器环境的管理、应用的灰度部署和快速回滚、问题的定位等等，都会让部署问题显得特别突出。

这个时候，Jenkins等持续集成和持续交付工具的使用，配与一套行之有效的上线规范，将有利于上述问题的解决。

3. 微服务化架构

当公司的业务规模发展壮大到一定程度，应用数达到成百上千时，整个系统的复杂度将成倍增长，如何管控系统的复杂度是需要解决的问题。

为了解决这个问题，各种业界基础架构组件涌现登场，这是其发挥神通广大的时候，这些基础技术组件若按其实现目的有如下三种归类，

  1. 组件抽象（即各种中间件）：缓存、消息、数据库访问、网关、隔离熔断、日志
  2. 系统的复杂度管理：配置、灰度发布、日志、监控、告警
  3. 架构解耦：RPC服务组件（RPC框架、服务注册和发现等）

从技术角度，各种中间件的使用相对比较独立，一般在企业应用架构早期便可引入；而对于配置、日志、监控、告警等组件，则会按需引入，这些组件的尽早使用将大大加速系统的运维效率。

而对于RPC服务组件，这是微服务化架构的核心组件，其主要解决服务和服务之间调用的问题。在引入RPC之前，应用和应用之间的调用通过HTTP + 域名 + 网关访问，这种方式的调用有三个主要弊端，

  • HTTP通过网关跳转，通信效率低
  • 网关成为流量瓶颈
  • 应用的上线和下线需要频繁通知网关

RPC服务组件解决了上述的弊端，服务和服务之间可以通过IP直连调用，大大提高了服务和服务之间的访问效率，各个服务的上下线可以通过注册和发现机制自动感知，这是微服务化架构所带来的最大的改变。为了对接内外服务调用，在流量层也需要添加一层内网网关，不仅可以实现服务的内外服务调用转换，还可以实现微服务集群的按应用、按环境隔离。

3.1 架构示意图

一个微服务架构的简要示意图如下，

注：上图勾勒了微服务架构所需的逻辑组件，图中并未画出内外服务的网络调用路径，但这也是搭建微服务架构特别需要关注的方面。

3.2 面临的挑战

为了解决系统的复杂度，引入大量中间件和RPC组件，引入的同时本身就加大了对系统的技术投入，用好、管理好这些基础组件需要较深的技术储备。

从另一个方面，各种基础组件的组合解决方案也层出不穷，花样繁多，这也考验着微服务架构的搭建好与坏。选择合适、成熟的解决方案，谨慎引入一个技术组件，对一个技术组件的考察，不仅考虑其开发使用、和整体架构的融合度，还要考虑其未来的升级，充分的考察和评审有助于搭建良好的微服务架构。

在数据库这一层，一旦某业务表的存储记录达到上亿级别，则需要考虑其分库分表的需求。

4. 多机房架构

当公司的业务规模持续发展，若经营盈利能力较好，业务模式上也有需求，就可以考虑多机房的投资建设。

从架构上有如下几种选择，

  • 同城主备：在同一个城市，搭建主副双机房，主机房正常接流量，副机房则冷备；容灾时主副流量切换。
  • 异地双活：在两个较远距离的城市，搭建双机房，两个机房都同时接流量；容灾时流量切换到可用机房。
  • 两地三中心：在两个较远距离的城市，搭建三机房，其中异地两个机房同时接流量，另外一个机房冷备；容灾时随时启用备用机房，流量切换到可用机房。金融行业为了保证数据和业务安全，有两地三中心的架构需求。

多机房的建设一方面满足业务的需求，实现用户就近访问，提高访问效率；另一个方面实现容灾建设，保障了数据不丢失、服务不中断的容灾目标。

对于大多数中小企业应用来说，同城主备、异地双活为终极架构目标。

4.1 架构示意图 - 同城主备

一个同城主备的示意图如下，

4.2 架构示意图 - 异地双活

异地实现双活，在应用层、数据层可以有两种实现方案，

  • 方案1：两地提供等同的应用服务；数据层根据机房位置，实现异地的数据库冷备。
  • 方案2：应用层根据业务归类，实现异地的应用服务冷备；数据库表根据业务应用归类，实现异地互为冷备。

两种架构模式的示意图如下，

  • 实现方案1

  • 实现方案2

4.3 面临的挑战

多机房架构的挑战主要来自网络架构方面，即使多机房之间拉取了双专线，网络的长距离传输导致的延时（大于100毫秒），对于实现容灾时的网络流量及时切换，会是挑战不小的工作。

因此，在多机房建设的前期，需要对如下方面进行充分的调研，

  1. 网络架构设计：机房双专线搭建、VPC网络搭建、运行环境搭建
  2. 容灾的自动化切换：监控告警、容灾预案、自动化切换（接入层、应用层、数据层）
  3. 面临数据时延性传输的挑战：数据库的DTS同步、应用对数据一致性的容错、避免跨机房的访问调用

5. 架构演化的简单对比

架构演化 企业发展阶段 基础设施投入 人员投入 技术架构
单体 初期 少 1-2人 简单
集群 中期 一般 2-5人 中等
微服务 中长期 高 5-10人 复杂
多机房 根据业务需求和经济能力 非常高 10+人 复杂

6. 小结

任何一个成长型企业，软件架构的演化都将经历一个从简单到复杂的进化过程，在不同的阶段有不同的功能职责要求，需要搭建起相应合适的应用架构，承载起企业的发展。

对于大多数中小企业应用来说，基本可以做到集群架构，但是在微服务架构上的搭建好坏，取决于团队的技术储备。受限于经济投入和应用场景，多机房的建设是需要仔细考量后再做定夺。

7. 参考资料

  1. 阿里云：《数据库异地多活解决方案》

RestController方法返回Boolean对象时SpringFramework报告HTTP Status 406 – Not Acceptable

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1. 问题描述

一个简单的spring mvc样例，spring-webmvc框架版本为5.1.5.RELEASE，里面定义了两个RestController接口方法，

@RestController
@RequestMapping(value = "/api", produces = "application/json; charset=utf-8")
public class SimpleController {

    @RequestMapping(value = "test", method = RequestMethod.GET)
    public String test() {
        return "hello,world";
    }

      @RequestMapping(value = "test2", method = RequestMethod.GET)
    public Boolean test2() {
        return Boolean.TRUE;
    }

}

通过http客户端工具调用/api/test接口能够正常返回信息，但是调用/api/test2时，报如下错误信息，

<body><h1>HTTP Status 406 – Not Acceptable</h1><hr class="line" /><p><b>Type</b> Status Report</p><p><b>Description</b> The target resource does not have a current representation that would be acceptable to the user agent, according to the proactive negotiation header fields received in the request, and the server is unwilling to supply a default representation.</p><hr class="line" /><h3>Apache Tomcat/8.5.37</h3></body>

后端日志报如下HttpMediaTypeNotAcceptableException异常信息，

org.springframework.web.HttpMediaTypeNotAcceptableException: Could not find acceptable representation

2. 问题调查

问题奇怪在于，接口api/test能正常返回信息，但接口api/test2报错。比较下两个接口，都差不多，区别在于：前者返回String，后者返回Boolean对象。

调试跟踪api/test2的接口，发现异常HttpMediaTypeNotAcceptableException在如下位置被抛出，

/** 调用栈
 * DispatcherServlet.doDispatch()
 * AbstractHandlerMethodAdapter.handle()
 * RequestMappingHandlerAdapter.invokeHandlerMethod()
 * ServletInvocableHandlerMethod.invokeAndHandle(webRequest, mavContainer, providedArgs)
 * this.returnValueHandlers.handleReturnValue(returnValue, this.getReturnValueType(returnValue), mavContainer, webRequest);
 * AbstractMessageConverterMethodProcessor.handleReturnValue()
 * this.writeWithMessageConverters(returnValue, returnType, inputMessage, outputMessage);
 *
 * 到达类AbstractMessageConverterMethodProcessor中的如下方法，
 * 注：如下为反编译代码，非源码，仅供问题调查
 */

protected <T> void writeWithMessageConverters(...){
    ...
    HttpMessageConverter converter;
    GenericHttpMessageConverter genericConverter;
    label138: {
        if(selectedMediaType != null) {
            selectedMediaType = selectedMediaType.removeQualityValue();
            var21 = this.messageConverters.iterator();

            while(var21.hasNext()) {
                converter = (HttpMessageConverter)var21.next();
                genericConverter = converter instanceof GenericHttpMessageConverter?(GenericHttpMessageConverter)converter:null;
                if(genericConverter != null) {
                    if(((GenericHttpMessageConverter)converter).canWrite((Type)declaredType, valueType, selectedMediaType)) {
                        break label138;
                    }
                } else if(converter.canWrite(valueType, selectedMediaType)) {
                    break label138;
                }
            }
        }

        if(outputValue != null) {
            // 异常抛出点
            throw new HttpMediaTypeNotAcceptableException(this.allSupportedMediaTypes);
        }

        return;
   }
   ...
}

查看上传代码，可以了解异常抛出的原因，是因为没有找到合适HttpMessageConverter，无法转换返回的消息。

调试查看this.messageConverters对象，发现有converters列表如下,

this.messageConverters ( ArrayList size = 7)
[0] ByteArrayHttpMessageConverter
[1] StringHttpMessageConverter
[2] ResourceHttpMessageConverter
[3] ResourceRegionHttpMessageConverter
[4] SourceHttpMessageConverter
[5] AllEncompassingFormHttpMessageConverter
[6] Jaxb2CollectionHttpMessageConverter

这个列表没有发现我们熟悉的Json Converter，于是接下来开始追查messageConverters的列表初始化，为什么没有Json converter？

查看spring mvc源码可以看到如下的convert初始化过程，
1. 在类RequestMappingHandlerAdapter中创建this.messageConverters列表对象，并加载各个缺省convert。
2. 其中AllEncompassingFormHttpMessageConverter被创建，在这个类中，其会检查当前JVM中是否加载了Jackson/Gson相关类，若有，则加载json converter。

public class RequestMappingHandlerAdapter {

  public RequestMappingHandlerAdapter() {
      StringHttpMessageConverter stringHttpMessageConverter = new StringHttpMessageConverter();
      stringHttpMessageConverter.setWriteAcceptCharset(false);
      this.messageConverters = new ArrayList(4);
      this.messageConverters.add(new ByteArrayHttpMessageConverter());
      this.messageConverters.add(stringHttpMessageConverter);
      this.messageConverters.add(new SourceHttpMessageConverter());
      this.messageConverters.add(new AllEncompassingFormHttpMessageConverter());
  }

}

public class AllEncompassingFormHttpMessageConverter {

    private static final boolean jackson2Present = ClassUtils.isPresent("com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper", ...);
    private static final boolean gsonPresent = ClassUtils.isPresent("com.google.gson.Gson", ...);

    public AllEncompassingFormHttpMessageConverter() {
      ...
      if(jackson2Present) {
        this.addPartConverter(new MappingJackson2HttpMessageConverter());
      } else if(gsonPresent) {
        this.addPartConverter(new GsonHttpMessageConverter());
      } else if(jsonbPresent) {
        this.addPartConverter(new JsonbHttpMessageConverter());
      }
      ...
    }
}

由此可以看到，缺少json converter的原因就是缺少相应的Jackson/Gson类库，而默认的converter无法对Boolean对象转换，从而产生HttpMediaTypeNotAcceptableException异常，接而导致HTTP 406的返回消息。

3. 问题解决

在项目中添加如下依赖，加载MappingJackson2HttpMessageConverter到this.messageConverters列表中，问题得到解决。

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
    <artifactId>jackson-databind</artifactId>
    <version>${fasterxml.version}</version>
</dependency>