后端开发术语大全(上)

阅读数:136 2019 年 10 月 31 日 19:17

后端开发术语大全(上)

工欲善其事,必先利其器;士欲宣其义,必先读其书。后台开发作为互联网技术领域的掌上明珠,一直都是开发者们的追逐的高峰。本文将从后台开发所涉及到的技术术语出发,基于系统开发、架构设计、网络通信等几个方面让大家对后台来发有一个清晰的了解,讲解全面易懂。

系统开发

1. 高内聚 / 低耦合

高内聚指一个软件模块是由相关性很强的代码组成,只负责一项任务,也就是常说的单一责任原则。模块的内聚反映模块内部联系的紧密程度。

模块之间联系越紧密,其耦合性就越强,模块的独立性则越差。模块间耦合高低取决于模块间接口的复杂性、调用的方式及传递的信息。一个完整的系统,模块与模块之间,尽可能的使其独立存在。通常程序结构中各模块的内聚程度越高,模块间的耦合程度就越低。

2. 过度设计

过度设计就是进行了过多的面向未来的设计或者说把相对简单的事情想复杂了,过度追求模块化、可扩展性、设计模式等,为系统增加了不必要的复杂度。

3. 过早优化

过早指的不是在开发过程的早期,而是在还没弄清楚需求未来的变化的走向的时候。你的优化不仅可能导致你无法很好地实现新的需求,而且你对优化的预期的猜测有可能还是错的,导致实际上你除了把代码变复杂以外什么都没得到。

正确的方法是,先有质量地实现你的需求,写够 testcase,然后做 profile 去找到性能的瓶颈,这个时候才做优化。

4. 重构 (Refactoring)

重构(Refactoring)就是通过调整程序代码改善软件的质量、性能,使其程序的设计模式和架构更趋合理,提高软件的扩展性和维护性。

5. 破窗效应

又称破窗理论,破窗效应(Broken windows theory)是犯罪学的一个理论。此理论认为环境中的不良现象如果被放任存在,会诱使人们仿效,甚至变本加厉。一幢有少许破窗的建筑为例,如果那些窗不被修理好,可能将会有破坏者破坏更多的窗户。最终他们甚至会闯入建筑内,如果发现无人居住,也许就在那里定居或者纵火。

应用在软件工程上就是,一定不能让系统代码或者架构设计的隐患有冒头的机会,否则随着时间的推移,隐患会越来越重。反之,一个本身优质的系统,会让人不由自主的写出优质的代码。

6. 互不信任原则

指在程序运行上下游的整个链路中,每个点都是不能保证绝对可靠的,任何一个点都可能随时发生故障或者不可预知的行为,包括机器网络、服务本身、依赖环境、输入和请求等,因此要处处设防。

7. 持久化 (Persistence)

持久化是将程序数据在临时状态和持久状态间转换的机制。通俗的讲,就是临时数据(比如内存中的数据,是不能永久保存的)持久化为持久数据(比如持久化至数据库或者本地磁盘中,能够长久保存)。

8. 临界区

临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据,可以被多个线程使用,但是每一次,只能有一个线程使用它,一旦临界区资源被占用,其他线程要想使用这个资源,就必须等待。

9. 阻塞 / 非阻塞

阻塞和非阻塞通常形容多线程间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源,那么其它所有需要这个资源的线程就必须在这个临界区中进行等待,等待会导致线程挂起。这种情况就是阻塞。此时,如果占用资源的线程一直不愿意释放资源,那么其它所有阻塞在这个临界区上的线程都不能工作。而非阻塞允许多个线程同时进入临界区。

10. 同步 / 异步

通常同步和异步是指函数 / 方法调用方面。

同步就是在发出一个函数调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。异步调用会瞬间返回,但是异步调用瞬间返回并不代表你的任务就完成了,他会在后台起个线程继续进行任务,等任务执行完毕后通过回调 callback 或其他方式通知调用方。

11. 并发 / 并行

  • 并行 (parallel) 指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观来看,二者都是一起执行的。
  • 并发 (concurrency) 指在同一时刻只能有一条指令执行,但多个进程指令被快速的轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果,但在微观上并不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行。

架构设计

1. 高并发 (High Concurrency)

由于分布式系统的问世,高并发(High Concurrency)通常是指通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。通俗来讲,高并发是指在同一个时间点,有很多用户同时的访问同一 API 接口或者 Url 地址。它经常会发生在有大活跃用户量,用户高聚集的业务场景中。

2. 高可用 (High Availability)

高可用 HA(High Availability)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,一个系统经过专门的设计,以减少停工时间,而保持其服务的高度可用性。

3. 读写分离

为了确保数据库产品的稳定性,很多数据库拥有双机热备功能。也就是,第一台数据库服务器,是对外提供增删改业务的生产服务器;第二台数据库服务器,主要进行读的操作。

4. 冷备 / 热备

  • 冷备:两个服务器,一台运行,一台不运行做为备份。这样一旦运行的服务器宕机,就把备份的服务器运行起来。冷备的方案比较容易实现,但冷备的缺点是主机出现故障时备机不会自动接管,需要主动切换服务。
  • 热备:即是通常所说的 active/standby 方式,服务器数据包括数据库数据同时往两台或多台服务器写。当 active 服务器出现故障的时候,通过软件诊测(一般是通过心跳诊断)将 standby 机器激活,保证应用在短时间内完全恢复正常使用。当一台服务器宕机后,自动切换到另一台备用机使用。

5. 异地多活

异地多活一般是指在不同城市建立独立的数据中心,“活”是相对于冷备份而言的,冷备份是备份全量数据,平时不支撑业务需求,只有在主机房出现故障的时候才会切换到备用机房,而多活,是指这些机房在日常的业务中也需要走流量,做业务支撑。

6. 负载均衡 (Load Balance)

负载均衡,是对多台服务器进行流量分发的负载均衡服务。可在多个实例间自动分配应用程序的对外服务能力,通过消除单点故障提升应用系统的可用性,让您实现更高水平的应用程序容错能力,从而无缝提供分配应用程序流量所需的负载均衡容量,为您提供高效、稳定、安全的服务。

7. 动静分离

动静分离是指在 web 服务器架构中,将静态页面与动态页面或者静态内容接口和动态内容接口分开不同系统访问的架构设计方法,进而提升整个服务访问性能和可维护性。

8. 集群

单台服务器的并发承载能力总是有限的,当单台服务器处理能力达到性能瓶颈的时,将多台服务器组合起来提供服务,这种组合方式称之为集群,集群中每台服务器就叫做这个集群的一个“节点”,每个节点都能提供相同的服务,从而成倍的提升整个系统的并发处理能力。

9. 分布式

分布式系统就是将一个完整的系统按照业务功能拆分成很多独立的子系统,每个子系统就被称为“服务”,分布式系统将请求分拣和分发到不同的子系统,让不同的服务来处理不同的请求。在分布式系统中,子系统独立运行,它们之间通过网络通信连接起来实现数据互通和组合服务。

10. CAP 理论

CAP 理论,指的是在一个分布式系统中,Consistency(一致性)、Availability(可用性)、Partition Tolerance(分区容错性),不能同时成立。

  • 一致性:它要求在同一时刻点,分布式系统中的所有数据备份都相同或者都处于同一状态。
  • 可用性:在系统集群的一部分节点宕机后,系统依然能够正确的响应用户的请求。
  • 分区容错性:系统能够容忍节点之间的网络通信的故障。

简单的来说,在一个分布式系统中,最多能支持上面的两种属性。但显然既然是分布式注定我们是必然要进行分区,既然分区,我们就无法百分百避免分区的错误。因此,我们只能在一致性和可用性去作出选择。

在分布式系统中,我们往往追求的是可用性,它的重要性比一致性要高,那么如何实现高可用,这里又有一个理论,就是 BASE 理论,它给 CAP 理论做了进一步的扩充。

11. BASE 理论

BASE 理论指出:

  • Basically Available(基本可用)
  • Soft state(软状态)
  • Eventually consistent(最终一致性)

BASE 理论是对 CAP 中的一致性和可用性进行一个权衡的结果,理论的核心思想就是:我们无法做到强一致,但每个应用都可以根据自身的业务特点,采用适当的方式来使系统达到最终一致性。

12. 水平扩展 / 垂直扩展

  • 水平扩展 Scale Out 通过增加更多的服务器或者程序实例来分散负载,从而提升存储能力和计算能力。
  • 垂直扩展 Scale Up 提升单机处理能力。

垂直扩展的方式又有两种:
(1)增强单机硬件性能,例如:增加 CPU 核数如 32 核,升级更好的网卡如万兆,升级更好的硬盘如 SSD,扩充硬盘容量如 2T,扩充系统内存如 128G;
(2)提升单机软件或者架构性能,例如:使用 Cache 来减少 IO 次数,使用异步来增加单服务吞吐量,使用无锁数据结构来减少响应时间;

13. 平行扩容

与水平扩展类似。集群服务器中的节点均为平行对等节点,当需要扩容时,可以通过添加更多节点以提高集群的服务能力。一般来说服务器中关键路径(如服务器中的登录、支付、核心业务逻辑等)都需要支持运行时动态平行扩容。

14. 弹性扩容

指对部署的集群进行动态在线扩容。弹性扩容系统可以根据实际业务环境按照一定策略自动地添加更多的节点(包括存储节点、计算节点、网络节点)来增加系统容量、提高系统性能或者增强系统可靠性,或者同时完成这三个目标。

15. 状态同步 / 帧同步

  • 状态同步:状态同步是指服务器负责计算全部的游戏逻辑,并且广播这些计算的结果,客户端仅仅负责发送玩家的操作,以及表现收到的游戏结果。
  • 特征:状态同步安全性高,逻辑更新方便,断线重连快,但是开发效率较低,网络流量随游戏复杂度增加,服务器需要承载更大压力。
    帧同步:服务端只转发消息,不做任何逻辑处理,各客户端每秒帧数一致,在每一帧都处理同样的输入数据。
  • 特征:帧同步需要保证系统在相同的输入下,要有相同的输出。帧同步开发效率高,流量消耗低而且稳定,对服务器的压力非常小。但是网络要求高,断线重连时间长,客户端计算压力大。

网络通信

1. 连接池

预先建立一个连接缓冲池,并提供一套连接使用、分配、管理策略,使得该连接池中的连接可以得到高效、安全的复用,避免了连接频繁建立、关闭的开销。

2. 断线重连

由于网络波动造成用户间歇性的断开与服务器的连接,待网络恢复之后服务器尝试将用户连接到上次断开时的状态和数据。

3. 会话保持

会话保持是指在负载均衡器上的一种机制,可以识别客户端与服务器之间交互过程的关连性,在作负载均衡的同时还保证一系列相关连的访问请求都会分配到一台机器上。用人话来表述就是:在一次会话过程中发起的多个请求都会落到同一台机器上。

4. 长连接 / 短连接

通常是指 TCP 的长连接和短连接。长连接就是建立 TCP 连接后,一直保持这个连接,一般会中间彼此发送心跳来确认对应的存在,中间会做多次业务数据传输,一般不会主动断开连接。短连接一般指建立连接后,执行一次事务后(如:http 请求),然后就关掉这个连接。

5. 流量控制 / 拥塞控制

  • 流量控制防止发送方发的太快,耗尽接收方的资源,从而使接收方来不及处理。
  • 拥塞控制防止发送方发的太快,使得网络来不及处理产生拥塞,进而引起这部分乃至整个网络性能下降的现象,严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿。

6. 惊群效应

惊群效应也有人叫做雷鸣群体效应,不过叫什么,简言之,惊群现象就是多进程(多线程)在同时阻塞等待同一个事件的时候(休眠状态),如果等待的这个事件发生,那么他就会唤醒等待的所有进程(或者线程),但是最终却只可能有一个进程(线程)获得这个时间的“控制权”,对该事件进行处理,而其他进程(线程)获取“控制权”失败,只能重新进入休眠状态,这种现象和性能浪费就叫做惊群。

7. NAT

NAT(Network Address Translation,网络地址转换),就是替换 IP 报文头部的地址信息。NAT 通常部署在一个组织的网络出口位置,通过将内部网络 IP 地址替换为出口的 IP 地址提供公网可达性和上层协议的连接能力。

故障异常

1. 宕机

宕机,一般情况下指的就是计算机主机出现意外故障而死机。其次,一些服务器例如数据库死锁也可以称为宕机,一些服务器的某些服务挂掉了,就可以这么说。

2. coredump

当程序出错而异常中断时,OS 会把程序工作的当前状态存储成一个 coredunmp 文件。通常情况下 coredump 文件包含了程序运行时的内存,寄存器状态,堆栈指针,内存管理信息等。

3. 缓存穿透 / 击穿 / 雪崩

  • 缓存穿透:缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时需要从数据库查询,查不到数据则不写入缓存,这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询,进而给数据库带来压力。
  • 缓存击穿:缓存击穿是指热点 key 在某个时间点过期的时候,而恰好在这个时间点对这个 Key 有大量的并发请求过来,从而大量的请求打到 db。
  • 缓存雪崩:缓存雪崩是指缓存中数据大批量到过期时间,而查询数据量巨大,引起数据库压力过大甚至 down 机。
  • 与缓存击穿不同的是:存击穿是热点 key 失效,缓存雪崩是大量的 key 同时失效。

4. 500/501/502/503/504/505

500 Internal Server

  • Error:内部服务错误,一般是服务器遇到意外情况,而无法完成请求。可能原因: 1、程序错误,例如:ASP 或者 PHP 语法错误;2、高并发导致,系统资源限制不能打开过多的文件所致。
  • 501Not implemented:服务器不理解或不支持请求的 HTTP 请求。
  • 502Bad Gateway:WEB 服务器故障,可能是由于程序进程不够,请求的 php-fpm 已经执行,但是由于某种原因而没有执行完毕,最终导致 php-fpm 进程终止。可能原因:1、Nginx 服务器,php-cgi 进程数不够用;2、PHP 执行时间过长;3、php-cgi 进程死掉;
  • 503Service Unavailable:服务器目前无法使用。系统维护服务器暂时的无法处理客户端的请求,这只是暂时状态。可以联系下服务器提供商。
  • 504Gateway Timeout:服务器 504 错误表示超时,是指客户端所发出的请求没有到达网关,请求没有到可以执行的 php-fpm,一般是与 nginx.conf 的配置有关。
  • 505HTTP Version Not Supported:服务器不支持请求中所用的 HTTP 协议版本。(HTTP 版本不受支持)

除了 500 错误可能是程序语言错误,其余的报错,都大概可以理解为服务器或者服务器配置出现问题。

5. 内存溢出 / 内存泄漏

  • 内存溢出:内存溢出(Out Of Memory)指程序申请内存时,没有足够的内存供申请者使用,或者说,给了你一块存储 int 类型数据的存储空间,但是你却存储 long 类型的数据,那么结果就是内存不够用,此时就会报错 OOM, 即所谓的内存溢出。
  • 内存泄漏:内存泄漏(Memory Leak)指程序中己动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放或无法释放,造成系统内存的浪费,导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果。

6. 句柄泄漏

句柄泄漏是进程在调用系统文件之后,没有释放已经打开的文件句柄。一般句柄泄漏后的现象是,机器变慢,CPU 飙升,出现句柄泄漏的 cgi 或 server 的 CPU 使用率增加。

7. 死锁

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都抑制处于阻塞状态并无法进行下去,此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

8. 软中断 / 硬中断

  • 硬中断:我们通常所说的中断指的是硬中断 (hardirq)。
    由与系统相连的外设 (比如网卡、硬盘) 自动产生的。
    主要是用来通知操作系统系统外设状态的变化。
  • 软中断:1、通常是硬中断服务程序对内核的中断;2、为了满足实时系统的要求,中断处理应该是越快越好。

linux 为了实现这个特点,当中断发生的时候,硬中断处理那些短时间就可以完成的工作,而将那些处理事件比较长的工作,放到中断之后来完成,也就是软中断 (softirq) 来完成。

9. 毛刺

在短暂的某一刻,服务器性能指标(如流量、磁盘 IO、CPU 使用率等)远大于该时刻前后时间段。毛刺的出现代表这服务器资源利用不均匀,不充分,容易诱发其他更严重的问题。

10. 重放攻击

攻击者发送一个目的主机已接收过的包,来达到欺骗系统的目的,主要用于身份认证过程,破坏认证的正确性。它是一种攻击类型,这种攻击会不断恶意或欺诈性地重复一个有效的数据传输,重放攻击可以由发起者,也可以由拦截并重发该数据的敌方进行。攻击者利用网络监听或者其他方式盗取认证凭据,之后再把它重新发给认证服务器。

11. 网络孤岛

网络孤岛指集群环境中,部分机器与整个集群失去网络连接,分裂为一个小集群并且发生数据不一致的状况。

12. 数据倾斜

对于集群系统,一般缓存是分布式的,即不同节点负责一定范围的缓存数据。我们把缓存数据分散度不够,导致大量的缓存数据集中到了一台或者几台服务节点上,称为数据倾斜。一般来说数据倾斜是由于负载均衡实施的效果不好引起的。

13. 脑裂

脑裂是指在集群系统中,部分节点之间网络不可达而引起的系统分裂,不同分裂的小集群会按照各自的状态提供服务,原本的集群会同时存在不一致的反应,造成节点之间互相争抢资源,系统混乱,数据损坏。

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