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十年前的云計算是以資源為中心的，而現在（2024 年），云計算是以應用為中心的。

本書分為 8 章，重點講解云上應用的功能性設計、高可用設計、高并發設計、安全設計及可運維設計，介紹如何通過應用設計充分釋放云平臺的技術紅利，快速實現業務構建。希望本書能為云計算領域的從業者提供一個清晰的方向，通過分享經驗與方法幫助他們更好地探索、設計并優化應用，以更高效地應對不斷變化的市場需求和技術挑戰。

★涵蓋應用上云所有的必會知識點，全面、細致、豐富、前沿。

★全書提供多個實操級案例，源自真實場景，具有可復用性。

★通過應用上云的全流程設計，揭示架構師成長的三個階段。

大部分人更關心如何在股市投資上成功，查理·芒格最關心的卻是為什么在股市投資上大部分人都失敗了。這是《窮查理寶典》中關于芒格思維的大致刻畫。

在芒格漫長的一生中，他持續不斷地收集并研究各種各樣的失敗案例，并把失敗的原因總結成做出正確決策前的檢查清單，這使他在人生、事業的決策上幾乎從不犯重大錯誤。我們對云上應用的設計也應如此，需要通過對各類故障進行分析，獲得架構設計最佳實踐這里的最佳指的是犯最少的錯誤。

筆者還記得自己剛剛接手上云遷移業務時，有一個重要客戶的線上商城應用上線僅僅 5 秒，就因為大量用戶的爭相訪問及黃牛搶票軟件的瘋狂刷票而變得不可用。筆者當時就在想，要是有一本書，可以體系化地介紹在應用上云過程中需要考慮的方方面面，并且能結合實際案例把這些說清楚，就太好了！于是，筆者萌生了撰寫本書的想法。

在后續的工作中，隨著幫助越來越多的客戶將原先的傳統應用遷移上云，筆者逐步積累了云上應用知識體系，并且慢慢接觸到了應用上云的各種案例固然有許多通過應用上云改造支撐海量用戶的正面案例，但更多的是反面案例因為在應用上云的設計或流程上沒有做到位。通過對各種反面案例進行分析，我們能夠更好地設計和優化云上應用，使其滿足高可用、高并發、安全和可運維的要求。

有了ChatGPT后，還有沒有必要讀書

在撰寫本書期間，以ChatGPT為首的大語言模型逐步興起，它們對世界知識的概括和抽象使人們逐漸產生一個疑問：有了ChatGPT后，還有沒有必要讀書？人們可以便捷地通過提問從大語言模型中獲取任何需要的知識，那讀書還有什么意義？

筆者在實際使用大語言模型的過程中發現，大語言模型的確可以快速、準確地給出我們需要的知識點，但對于應用上云改造這樣的領域，大家真正需要的不是一個個知識點，而是一套完整的知識體系，這樣的知識體系是ChatGPT遠遠無法給出的。讀者在工作中遇到相關問題時，可以通過查詢知識體系在諸多方案中選擇最合適的解決方案，從全局的視角給出最優解。而大語言模型更多地基于關鍵詞提問得出局部最合適的答案。

總結出完整的上云知識體系也是筆者撰寫本書的一大初衷。結合這套知識體系和大語言模型的知識抽象能力、檢索能力，筆者希望可以快速幫助讀者在今后的應用上云工作中解決實際的問題。有了 ChatGPT后，我們其實更需要去閱讀那些體系化的圖書，為自己構建領域知識體系，方便后續更好地使用ChatGPT。希望大家明確結構比內容更重要。

如何理解應用架構設計

對應用架構設計的講解往往是一大難點。如果單純地講解理論知識，則會顯得非常枯燥乏味，讀者也很難將其與實際工作相結合。同時，讀者往往覺得架構是過于抽象甚至有些縹緲的概念，聽著好像懂了，但遇到實際問題時還是手足無措。

其實，應用架構設計有點兒像老子所說的道可道，非常道。筆者無法直接把觀點灌輸給讀者，而需要讀者通過實際的場景自行理解、領悟。這也是為什么筆者花費了大量的精力為本書搜集和整理了眾多實際案例。筆者希望通過實際案例帶領讀者進入當時的場景，通過對實際案例的分析更進一步地鞏固那些體系化的知識點。當然，為了避免糾紛，本書對實際案例做了脫敏處理。

架構師在日常工作中的真正價值是什么

其實本書所寫的是云上應用的理想國，在現實中，它的實現難度非常大，而且需要各方面資源的配合很多真正需要這種先進架構的應用都面臨著各種歷史遺留問題，還有大量的應用并不需要先進、全面的架構，而只需要做好某些基礎設計即可。基于此，為架構設計做最適合的選擇，正是架構師真正價值的體現。

筆者覺得架構師的成長分為三個階段。

（1）剛開始的第一階段，積累了某些技術的理論知識和實操經驗，并且可以就這些技術點及案例進行分享，也就是所謂的見而識之。

（2）隨著工作中的逐步積累，架構師逐步進入第二階段，形成了體系化的技術框架。如果拿醫生做比喻，那么這個階段的架構師仿佛擁有了自己的醫書。但架構師實際需要解決的病患問題千差萬別，醫書只能指明最終目標。

（3）處于第三階段的優秀架構師會因為其更了解業務且更有經驗，而能夠厘清從現狀到最終目標的最佳路徑。一個經歷過實際項目錘煉的架構師，還有能力將路徑分拆為多個里程碑，并且為每個里程碑設定具體的驗收指標，量化控制進程。

大部分技術人員經常會聽到某些架構師說應用應該這樣、應該那樣，聽的時候覺得他們說的都對，但有些東西又說不上哪里別扭。其實這就是典型的處于第二階段的架構師給人的感覺，他們累積了一定的技術體系，形成了自己的醫書，但由于缺乏實際的操作經驗，所以不知道通往理想架構的路徑是什么樣的，也就是我們常說的不接地氣。優秀的架構師有點兒像經驗豐富的主治醫生，他們能彌合現實與理想的縫隙，找到通往成功的最佳路徑，平衡效能和成本。

請讀者們始終記住：最適合的架構才是最好的架構，好的醫生比好的醫書更重要。

賀阮

攻讀博士期間的主要研究方向是云計算安全。曾先后任OpenStack基金會董事、ISO/IEC JTC1/SC38和ISO/IEC JTC1/SC27標樣委員會委員、聯合國國際電信聯盟（ITU）云計算安全組副報告人，以及多個云計算學術會議、期刊編輯等職位，從各個維度見證了云計算行業的發展。

史冰迪

2015年畢業于中央財經大學計算機科學與技術專業，現任職于中國信息通信研究院，從事政務信息化項目管理工作，從另一個方向繼續在政務信息化方向發力，不斷努力將電子政務、數字政府等工作與各類新技術結合。

陸佳亮

上海交通大學巴黎卓越工程師學院副院長，上海市科學技術委員會入庫評審專家，承擔國家自然科學基金、上海市創新行動科研項目等重大項目。主要研究方向是人工智能賦能、云計算、大數據系統。

目　錄

第1章　應用上云簡介 1
1.1　上云價值 2
1.1.1　業務價值 2
1.1.2　技術價值 3
1.2　上云路線 4
1.2.1　私有云 4
1.2.2　混合云 5
1.2.3　多云 5
1.3　上云策略 6
1.3.1　直接遷移 6
1.3.2　重新規劃 7
1.3.3　不合適上云的應用 7
1.4　注意事項 8
第2章　應用的空間維度和時間維度 10
2.1　應用架構 11
2.1.1　架構概述 11
2.1.2　主流架構 13
2.1.3　本書定義 24
2.2　業務架構 25
2.2.1　業務場景 25
2.2.2　業務用例 26
2.2.3　業務實體 26
2.2.4　業務流程 26
2.3　數據架構 27
2.3.1　數據模型 27
2.3.2　數據實現 28
2.4　功能架構 30
2.4.1　系統用例圖 30
2.4.2　業務功能架構 30
2.4.3　應用功能架構 33
2.4.4　面向數據與面向領域 38
2.5　實現架構 39
2.6　部署架構 40
2.6.1　物理架構 40
2.6.2　運行架構 41
2.7　應用生命周期 41
2.8　明確愿景 42
2.8.1　識別目標對象 42
2.8.2　度量價值 43
2.8.3　詳細描述 43
2.8.4　上下文圖 44
2.9　業務建模 45
2.9.1　業務建模概述 45
2.9.2　組織架構 46
2.9.3　業務領域 46
2.9.4　業務場景 51
2.9.5　業務建模小結 53
2.10　需求分析 54
2.10.1　需求分析概述 54
2.10.2　涉及角色 56
2.10.3　業務實體 56
2.10.4　業務流程 58
2.11　架構設計 60
2.11.1　架構設計概述 60
2.11.2　業務功能架構 61
2.12　領域驅動設計及架構設計 63
2.12.1　領域驅動設計概述 63
2.12.2　DDD中的基本概念 66
2.12.3　實施步驟 72
2.12.4　DDD與微服務 76
2.12.5　DDD與架構設計 76
2.13　技術實現 77
2.13.1　技術選型 77
2.13.2　代碼開發 77
2.14　部署發布 77
2.15　線上運維 78
第3章　應用的功能性設計 80
3.1　應用功能架構 81
3.1.1　客戶端 82
3.1.2　網絡接入層 82
3.1.3　應用接入層 84
3.1.4　邏輯層 85
3.1.5　中間件層 88
3.1.6　數據庫層 89
3.1.7　存儲層 90
3.2　云上實現架構 90
3.2.1　網絡接入層 91
3.2.2　應用接入層 94
3.2.3　邏輯層 97
3.2.4　中間件層 98
3.2.5　數據庫層 99
3.2.6　存儲層 100
3.3　云上應用實戰案例：某大型實時對戰游戲上云設計 100
3.3.1　業務概述 100
3.3.2　業務架構 101
3.3.3　功能架構 102
3.3.4　實現架構 105
3.3.5　部署架構 106
第4章　應用的高可用設計 108
4.1　高可用簡介 109
4.1.1　應用故障及其原因分析 109
4.1.2　高可用的定義 110
4.1.3　高可用的實現方式 112
4.1.4　高可用的衡量指標 114
4.2　避免錯誤 117
4.2.1　代碼 117
4.2.2　配置 128
4.3　控制影響 131
4.3.1　前置措施 131
4.3.2　資源冗余 133
4.3.3　故障資源隔離 139
4.3.4　數據庫層 144
4.3.5　存儲層 145
4.4　快速恢復（應用容災） 146
4.4.1　應用容災的設計思路 147
4.4.2　同城冷備 153
4.4.3　同城熱備 155
4.4.4　異地冷備 156
4.4.5　兩地三中心 157
4.4.6　同城雙活/多活 158
4.4.7　異地多活（單元化） 164
4.4.8　發展階段 168
4.4.9　案例：即時通信App的容災設計 169
4.5　標準流程及演練 173
4.5.1　應急處理和響應流程 173
4.5.2　容災演練 175
4.6　案例：日交易超10億元的支付平臺容災方案 193
4.6.1　業務架構 194
4.6.2　業務功能架構 194
4.6.3　容災方案演進 195
第5章　應用的高并發設計 199
5.1　高并發設計概述 200
5.1.1　高并發帶來的問題 200
5.1.2　高并發問題產生的原因 201
5.1.3　高并發系統性能的衡量指標 202
5.1.4　高并發系統的設計原則 204
5.1.5　高并發與高可用 214
5.2　提高吞吐量 214
5.2.1　客戶端 215
5.2.2　網絡接入層 218
5.2.3　應用接入層 219
5.2.4　邏輯層 221
5.2.5　數據庫層 242
5.2.6　存儲層 250
5.3　縮短響應時間 251
5.3.1　網絡接入層 251
5.3.2　應用接入層 253
5.3.3　邏輯層 257
5.3.4　調用保護 262
5.3.5　數據層 268
5.3.6　案例：K8s中Informer的縮短響應時間設計 272
5.4　過載保護 275
5.4.1　網絡接入層 276
5.4.2　應用接入層 276
5.4.3　邏輯層 279
5.4.4　數據庫層 281
5.4.5　存儲層 285
5.5　案例一：某休閑闖關小程序游戲的高并發設計 287
5.5.1　優化前 287
5.5.2　優化后 288
5.6　案例二：某即時通信App上云設計 289
5.6.1　功能架構 290
5.6.2　業務架構 290
5.6.3　實現架構 291
5.6.4　部署架構 293
5.7　案例三：某支付平臺百萬QPS消費券 294
5.7.1　業務架構 294
5.7.2　實現架構 295
5.7.3　部署架構 299
5.7.4　活動效果 301
第6章　應用的安全設計 302
6.1　簡介 303
6.1.1　責任分工 303
6.1.2　防護原則 304
6.1.3　云內租戶安全 305
6.2　網絡安全 306
6.2.1　網絡接入層 306
6.2.2　應用接入層 310
6.2.3　案例：某手游后臺服務的多層防護設計 312
6.3　系統安全 314
6.3.1　應用接入層 315
6.3.2　邏輯層 319
6.4　數據安全 322
6.4.1　數據安全建模 323
6.4.2　數據庫層安全管理 324
6.4.3　存儲層安全管理 326
6.5　預案及審計 326
6.5.1　安全預案 326
6.5.2　安全審計 327
第7章　應用的可運維設計 330
7.1　可運維性概述 331
7.1.1　目標 331
7.1.2　發展階段 331
7.1.3　云上應用的可運維性 337
7.2　可觀測性 338
7.2.1　可觀測性概述 338
7.2.2　指標/監控/告警 342
7.2.3　日志 353
7.2.4　鏈路追蹤 356
7.2.5　案例：健康碼可觀測性體系設計 359
7.3　日常操作 364
7.3.1　云上資源供給 365
7.3.2　應用部署/發布 368
7.3.3　日常維護 376
7.4　故障排查 380
7.4.1　故障告警 380
7.4.2　問題定位 382
7.4.3　故障恢復 385
7.4.4　根因分析 388
7.4.5　案例：某電商平臺存儲集群變更故障 389
第8章　應用上云總結與展望 392
8.1　云上/云下對比 393
8.1.1　IaaS供給和配置更為實時便利 393
8.1.2　PaaS管理和運維更為自動化 393
8.1.3　應用運行時管理全托管 394
8.2　上云的挑戰 395
8.3　未來趨勢 396
8.3.1　多云部署 396
8.3.2　云上應用的精細化運營 399