當用戶登錄到臺式機/筆記本電腦或移動設備，打開瀏覽器并鍵入網(wǎng)站名稱時，瀏覽器會顯示所需信息，用戶會在網(wǎng)站上執(zhí)行操作。你有沒有想過計算機如何檢索這些信息以及在后臺發(fā)生了什么?它是一種底層 Web 應用程序架構，使此過程成為可能。在本文中，您將了解什么是 Web 應用程序架構、Web 應用程序架構圖的外觀以及如何為 Web 應用程序設計正確的架構。

Web 應用程序架構概述

Web 應用程序架構展示了包含所有軟件組件(例如數(shù)據(jù)庫、應用程序和中間件)以及它們?nèi)绾蜗嗷ソ换サ牟季?。它定義了數(shù)據(jù)如何通過 HTTP 傳遞，并確保客戶端服務器和后端服務器能夠理解。此外，它還確保所有用戶請求中都存在有效數(shù)據(jù)。它創(chuàng)建和管理記錄，同時提供基于權限的訪問和身份驗證。選擇正確的設計決定了您公司的發(fā)展、可靠性和互操作性以及未來的 IT 需求。因此，了解構成 Web 應用程序架構的組件非常重要。

Web 應用程序架構組件

通常，基于 Web 的應用程序架構包括三個核心組件：

1) Web 瀏覽器：瀏覽器或客戶端組件或前端組件是與用戶交互、接收輸入并管理表示邏輯同時控制用戶與應用程序交互的關鍵組件。如果需要，也會驗證用戶輸入。

2) Web 服務器： Web 服務器也稱為后端組件或服務器端組件，通過將請求路由到正確的組件并管理整個應用程序操作來處理業(yè)務邏輯和處理用戶請求。它可以運行和監(jiān)督來自各種客戶端的請求。

3)數(shù)據(jù)庫服務器：數(shù)據(jù)庫服務器為應用程序提供所需的數(shù)據(jù)。它處理與數(shù)據(jù)相關的任務。在多層架構中，數(shù)據(jù)庫服務器可以在存儲過程的幫助下管理業(yè)務邏輯。

什么是三層架構?

在傳統(tǒng)的 2 層架構中，有兩個組件，即客戶端系統(tǒng)或用戶界面和通常是數(shù)據(jù)庫服務器的后端系統(tǒng)。這里的業(yè)務邏輯被合并到用戶界面或數(shù)據(jù)庫服務器中。2 層架構的缺點是隨著用戶數(shù)量的增加，性能會下降。此外，數(shù)據(jù)庫與用戶設備的直接交互也引發(fā)了一些安全問題。鐵路預訂系統(tǒng)和內(nèi)容管理系統(tǒng)是通常使用此架構構建的幾個應用程序。

當談到 3 層架構時，有三層：

• 表現(xiàn)層/客戶層
• 應用層/業(yè)務層
• 數(shù)據(jù)層

在此模型中，中間服務器接收客戶端請求并通過與應用業(yè)務邏輯的從屬服務器協(xié)調(diào)來處理它們?？蛻舳撕蛿?shù)據(jù)庫之間的通信由中間應用層管理，從而使客戶端能夠訪問來自不同 DBMS 解決方案的數(shù)據(jù)。

3 層架構更安全，因為客戶端不直接訪問數(shù)據(jù)。在多臺機器上部署應用程序服務器的能力提供了更高的可伸縮性、更好的性能和更好的重用性。您可以通過獨立縮放每個項目來水平縮放它。您可以將核心業(yè)務從數(shù)據(jù)庫服務器中抽象出來，高效地進行負載均衡。當所有數(shù)據(jù)都通過應用程序服務器時，數(shù)據(jù)完整性得到改善，應用程序服務器決定數(shù)據(jù)應該如何訪問以及由誰訪問。因此，管理層的變更既簡單又具有成本效益?？蛻舳藢涌梢允鞘菘蛻舳耍@意味著硬件成本會降低。這種模塊化模型允許您修改單個層而不影響其余組件。

現(xiàn)代 Web 應用程序架構的層次

構建分層的現(xiàn)代 Web 應用程序架構可幫助您識別應用程序每個組件的角色，并輕松地對相應層進行更改，而不會影響整個應用程序。它使您能夠輕松地編寫、調(diào)試、管理和重用代碼。

Web 應用架構的三層：

• 表現(xiàn)層/客戶層
• 應用層/業(yè)務邏輯層
• 數(shù)據(jù)層

這是一個額外的網(wǎng)絡應用程序層次結構圖，供您參考：

應用層：Web 服務器

什么是網(wǎng)絡服務器?簡而言之，網(wǎng)絡服務器運行一個或多個網(wǎng)站或網(wǎng)絡應用程序。Web 服務器使用超文本傳輸協(xié)議 (HTTP) 以及其他協(xié)議來通過瀏覽器偵聽用戶請求。它通過應用業(yè)務邏輯并將請求的內(nèi)容交付給最終用戶來處理它們。

Web 服務器可以是硬件設備或軟件程序。

• 硬件 Web 服務器：連接到 Internet 的計算機設備，包含 Web 服務器軟件和 Web 應用程序組件，例如圖像、HTML 文檔、JS 文件和 CSS 樣式表。
• 軟件 Web 服務器：這是理解 URL 和 HTTP 協(xié)議的軟件。用戶可以通過域名訪問它來接收請求的內(nèi)容。

靜態(tài) Web 服務器將內(nèi)容按原樣交付給瀏覽器，而動態(tài) Web 服務器會在將數(shù)據(jù)交付給瀏覽器之前更新數(shù)據(jù)。

Apache 是 Apache Software Foundation 推出的一種流行的開源 Web 服務器。它由 Robert McCool 于 1995 年使用 C 和 XML 開發(fā)。Apache 基于進程驅動模型，其中每個請求都會導致創(chuàng)建一個新線程。Apache 的模塊化設計使您可以輕松擴展單個資源。使用最少的配置，您甚至可以管理大量流量。它適用于 MacOS、Windows 和 Linux 環(huán)境。但是，Linux 是 Apache 最喜歡的環(huán)境。

雖然它使用文件系統(tǒng)來處理靜態(tài)內(nèi)容，但動態(tài)內(nèi)容是在服務器內(nèi)處理的。使用 .htaccess 文件，您可以對服務器設置執(zhí)行其他配置。安全性很好。它通過 IRC、Stack Overflow 和郵件列表提供支持。

NGINX 是另一種流行的 Web 服務器，通常發(fā)音為“Engine X”。NGINX 由 Igor Sysoev 于 2004 年開發(fā)，迅速流行起來。它在事件驅動模型上運行，其中數(shù)千個請求在單個線程中處理，以最少的資源提供更多。它使用 PHP 提供靜態(tài)資源，提供靜態(tài)內(nèi)容的速度比 Apache 快 2.5 倍。動態(tài)內(nèi)容通過外部進程提供。在解釋請求時，Apache 傳遞文件系統(tǒng)位置，而 NGINX 傳遞 URI。此功能將 NGINX 功能擴展為負載平衡器、HTTP 緩存和代理服務器。

雖然它支持基于 Unix 的操作系統(tǒng)，但 Windows 兼容性有限。您不能進行其他配置。較小的代碼庫提供更好的安全性。不支持動態(tài)模塊。除了郵件列表和 IRC，論壇也可用。

NGINX 比 Apache 有優(yōu)勢，因為它既可以用作 Web 服務器，也可以用作代理服務器。在單個線程中處理數(shù)千個請求的事件驅動方法可提供更高的性能、速度和成本效益。

表示層：客戶端組件(前端)

Web 應用程序體系結構的客戶端組件使用戶能夠通過瀏覽器與服務器和后端服務進行交互。代碼駐留在瀏覽器中，接收請求并向用戶顯示所需信息。這就是 UI/UX 設計、儀表板、通知、配置設置、布局和交互元素發(fā)揮作用的地方。

以下是一些最常用的前端技術：

HTML

HTML 或超文本標記語言是一種流行的標準標記語言，它使開發(fā)人員能夠使用一系列頁面元素來構建網(wǎng)頁內(nèi)容。由 Tim Berners-Lee 開發(fā)并于 1993 年發(fā)布的 HTML 迅速發(fā)展并成為全球標準標記語言。

CSS

CSS 或層疊樣式表是一種流行的樣式表語言，它使開發(fā)人員能夠為使用標記語言開發(fā)的網(wǎng)站分離網(wǎng)站內(nèi)容和布局。使用 CSS，您可以為元素定義樣式并多次重復使用它們。同樣，您可以在多個站點上應用一種樣式。它簡單易學。您可以為單個元素、整個網(wǎng)頁或整個網(wǎng)站應用樣式。它也是設備友好的。

瀏覽器兼容性和安全性是引起關注的兩個方面。同樣，不同版本的 CSS 也會造成混淆。建議開發(fā)人員在對設計進行任何更改之前檢查兼容性。

JavaScript

JavaScript 或 JS 是最流行的客戶端編程語言，近來超過 90% 的網(wǎng)站都在使用它。它由 Netscape 的 Brendan Eich 于 1995 年設計。JavaScript 使用簡單易學的語法。該語言非常流行，以至于每個瀏覽器都帶有一個 JS 引擎來在設備上運行 JavaScript 代碼?？梢院苋菀椎卦谌魏尉W(wǎng)頁上插入 JS 代碼，這使得它具有高度的互操作性。它允許您創(chuàng)建豐富的界面以提供更好的 UI/UX 體驗。作為客戶端，JS 也減少了服務器負載。

但是，開發(fā)人員應該注意安全性，因為代碼是在客戶端執(zhí)行的，有時可能會被黑客利用。

React

React 是近年來流行的開源 JavaScript。它由 Facebook 的 Jordan Walke 于 2013 年開發(fā)。React 的優(yōu)勢包括使開發(fā)人員能夠以最少的代碼和工作量輕松創(chuàng)建高質量的動態(tài) Web 應用程序。

ReactJS 易于學習和使用。有大量的文檔和大量方便的工具可供開發(fā)人員使用。代碼是可重用的。ReactJS 使用虛擬 DOM，這意味著相關元素會在發(fā)生更改時更新，而不是重寫整個 DOM 樹。它提高了效率并優(yōu)化了內(nèi)存使用。ReactJS 使用單向數(shù)據(jù)流，這意味著對“子”元素所做的更改不會影響“父”元素。該代碼易于測試且對 SEO 友好。

不利的一面是，ReactJS 開發(fā)環(huán)境是高度動態(tài)的，這意味著開發(fā)人員應該主動監(jiān)控變化并快速適應新技能以利用 React。此外，React 技術正在迅速發(fā)展，但是文檔無法跟上這個步伐。一個值得關注的關鍵領域是 ReactJS 專注于 UI 部分，您需要依賴其他庫來實現(xiàn)客戶端功能。

Vue.js

Vue.js 是 Evan You 于 2014 年編寫的開源 JavaScript 框架。該框架使開發(fā)人員能夠輕松地為 Web、桌面和移動設備構建 UI 界面。Vue.js 附帶了滿足基本編程需求的便捷工具。該工具對于下載和安裝來說是輕量級的。它易于學習和使用。它使用虛擬 DOM，因此當用戶與元素交互時，瀏覽器不必渲染整個頁面，只需渲染元素。速度和性能都不錯。它使用雙向數(shù)據(jù)綁定模型，使您可以更有效地跟蹤數(shù)據(jù)和更新相關組件。這些組件是可重復使用的。它可以輕松地與現(xiàn)有應用程序集成。該文檔簡明扼要且結構合理。社區(qū)支持很好。

雖然社區(qū)支持很好，但 Vue.js 主要由阿里巴巴和小米等中國公司采用。因此，論壇和討論通常以中文進行，這給說英語的人造成了語言障礙。該工具包適合基本項目，但對大型項目的支持有限。它提供的靈活性也會對大型項目造成質量問題。GitLab、阿里巴巴和 Adobe 是一些使用 Vue.js 的熱門公司。

Angular.js

Angular 是 Google 于 2016 年開發(fā)的開源 Web 應用程序框架。它完全重寫了 Angular.js 框架。截至目前，它是市場上最受歡迎的前端開發(fā)框架之一。

NGModules 是 Angular 的構建塊，提供開發(fā)應用程序的所有功能，例如組件、模塊、模板、指令、服務和依賴注入、路由等。它可以幫助開發(fā)人員快速構建原型。它使用純 HTML 模板。由于依賴注入架構風格，測試快速而簡單。

Angular 使用雙向數(shù)據(jù)綁定，這使得 DOM 操作變得簡單快捷。CPU 性能增強功能使其成為大型應用程序的理想選擇。它帶有各種開箱即用的插件和工具。Angular 來自 IT 巨頭谷歌，享有充滿活力的社區(qū)支持。受歡迎程度和市場價值意味著您會在市場上找到高技能的 Angular 專業(yè)人員。

然而，分層結構有時會使調(diào)試成為一項挑戰(zhàn)。控制反轉、依賴查找和依賴注入等概念需要陡峭的學習曲線。你需要在機器上安裝 JavaScript 才能運行 Angular。雖然雙向數(shù)據(jù)綁定是一項很棒的功能，但它可能會導致較舊和遺留設備的性能下降。將遺留基礎設施與 Angular 集成也是一個問題。

如果你想從這些前端開發(fā)工具中挑選出最好的，強烈推薦 React 和 Vue.js。React 是一個輕量級的工具，具有最好的開發(fā)者功能，使您能夠快速構建高質量的軟件。

Vue.js 是一種面向視圖的產(chǎn)品，輕量級、易于使用，并帶有一組強大的開發(fā)人員工具。要開始使用，您只需要簡單地加載界面并添加 JavaScript。

應用層：服務器端組件(后端)

服務器端組件是 Web 應用程序體系結構的關鍵組件，它接收用戶請求、執(zhí)行業(yè)務邏輯并將所需數(shù)據(jù)傳送到前端系統(tǒng)。它包含服務器、數(shù)據(jù)庫、Web 服務等。

以下是一些最常用的服務器端技術：

Node.js

Node.js 是由 Ryan Dahl 開發(fā)的開源跨平臺運行時環(huán)境。它基于 Google Chrome V8 Engine 構建，用于運行網(wǎng)絡和服務器端應用程序，并于 2009 年發(fā)布。開發(fā)人員使用 JavaScript 構建 node.js 應用程序，并使用 Windows、macOS 和 Linux 平臺在 node.js 運行時運行它們。

Node.js 非常受歡迎，因為它提供了豐富的 JavaScript 模塊庫，使開發(fā)人員能夠快速構建高質量的應用程序。Node.js 不緩沖數(shù)據(jù)并超快地執(zhí)行代碼。它是事件驅動和異步的，在單個線程上運行，同時具有高度可擴展性。Node.js 最適合數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)密集型、I/O 綁定和基于 JSON-API 的應用程序。Paypal、Uber、eBay 和 GoDaddy 都是由 Node.js 提供支持的一些流行應用程序。它不適合 CPU 密集型應用程序。

Java

Java 是有史以來最流行和最有效的編程語言之一。Java 由 James Gosling 于 1995 年編寫，是一種面向對象和基于類的編程語言，使開發(fā)人員能夠使用 Java 虛擬機 (JVM) 環(huán)境編寫代碼并在任何平臺上運行它。這意味著您不需要在目標機器上安裝 Java。該語言易于學習、編碼、編譯和調(diào)試。由于與平臺無關，Java 程序的構建和運行具有成本效益。利用 OOPS 概念，您可以在其他程序中重用對象。由于它不適用于顯式指針，因此避免了未經(jīng)授權的內(nèi)存訪問。它支持多線程、可移植性、自動垃圾收集、分布式網(wǎng)絡等。

不利的一面是，Java 需要大量的內(nèi)存空間。由于 JVM 抽象，程序運行速度也較慢。也沒有備份。UX/UI 沒有吸引力。然而，對于使用 Java 開發(fā) Web 應用程序架構的服務器端組件，利大于弊。

Python

Python 是由 Guido Van Rossum 編寫并于 1991 年發(fā)布的一種開源高級編程語言。如今，它是一種快速發(fā)展且流行的編程語言，并且是用 Java 構建 Web 應用程序架構的有力替代方案。它易于學習和開發(fā)，并且功能豐富。這種動態(tài)類型語言非常靈活，適用于小型和大型 Web 應用程序項目以及移動應用程序、視頻游戲、AI 編程等各種領域。它允許您用更少的代碼做更多的事情，這意味著您可以快速構建和測試原型，從而提高生產(chǎn)率。Python 提供了一個廣泛的庫，其中包含幾乎所有類型程序的代碼。憑借其充滿活力的社區(qū)，支持始終可用。

但是，與現(xiàn)代語言相比，Python 速度較慢。線程問題是另一個問題。Python 不適用于移動應用程序。谷歌、Spotify、Instagram 和 Facebook 是一些使用 Python 的流行 IT 巨頭。

PHP Laravel

PHP Laravel 是一個 PHP 框架，可幫助開發(fā)人員輕松構建自定義 Web 應用程序。它是一個開源框架，在其他 PHP 框架中非常流行。PHP Laravel 是一個基于 MVC(模型、視圖和控制器)的框架。

Laravel 語法優(yōu)雅且富有表現(xiàn)力。憑借豐富的內(nèi)置功能和結構，開發(fā)人員可以輕松編寫代碼并更快地部署應用程序。它提高了性能和速度。文檔很好。PHP Laravel 的一個重要優(yōu)勢是它的自動化測試功能，可以幫助您在初始階段測試和調(diào)試錯誤。自動任務和計劃也可用。對象關系映射支持很優(yōu)雅。PHP Laravel 提供提供安全性的跨站點請求偽造令牌。它具有可擴展性和成本效益。

但是，產(chǎn)品升級有時會產(chǎn)生問題。Laravel Composer 可以改進。由于它是一個相對較新的產(chǎn)品，因此社區(qū)支持不是很好。PHP Laravel 最適合中小型組織。

Go

Go編程語言來自于IT巨頭谷歌，這賦予了它相當?shù)膶嵙?。它?Robert Griesemer、Ken Thompson 和 Rob Pike 于 2009 年編寫。Go 也稱為 Golang。它類似于 C 語言，易于學習和構建。由于沒有虛擬運行時，Go 代碼編譯速度更快，生成的二進制文件也更小。它使用靜態(tài)類型和接口類型。標準庫提供一系列內(nèi)置函數(shù)以及測試支持。垃圾收集可用。與其他語言相比，并發(fā)編程很容易。

不利的一面是，庫支持不足。在某些情況下，社區(qū)支持并不受歡迎。隱式接口可能難以管理。沒有泛型，代碼的重用并不容易。

.NET

.NET 是由 Microsoft 開發(fā)并于 2001 年發(fā)布的用于桌面和 Web 應用程序的軟件開發(fā)框架。來自IT巨頭微軟，。NET 迅速流行起來，用于開發(fā)各種軟件產(chǎn)品。

.NET 具有三種風格：

• .NET Framework：它是第一個特定于 Windows 平臺的產(chǎn)品。
• .NET Core：.NET Core 于 2016 年作為跨平臺解決方案發(fā)布，以適應 macOS 和 Linux 平臺。
• Xamarin： Xamarin 并非由微軟開發(fā)，而是在 2016 年被該公司收購。Xamarin 擴展了 .NET 平臺以支持原生移動應用程序開發(fā)。

.NET Standard 是用于 .NET Framework、.NET Core 和 Xamarin 實現(xiàn)的單個基類庫。

.NET 是一種面向對象編程 (OOP) 模型，使用模塊化結構，使開發(fā)人員能夠將代碼分解成更小的部分，并使用 CI/CD 管道無縫構建和管理軟件產(chǎn)品。它提供了一個強大而簡單的緩存系統(tǒng)，可以提高速度和性能。ASP.NET 中的自動監(jiān)控是一個額外的優(yōu)勢。Visual Studio IDE 是一個單一的 IDE，可幫助開發(fā)人員從單個窗格監(jiān)視和管理整個開發(fā)操作。由于與語言和平臺無關，它允許您使用各種開發(fā)環(huán)境。代碼的部署和管理是靈活和容易的。.NET 帶有廣泛的文檔和社區(qū)支持。

但是，對象關系支持是有限的。內(nèi)存泄漏是一個在編寫應用程序時需要特別注意的問題。嚴重依賴 Microsoft 會導致供應商鎖定和更高的許可成本。.NET 最適合需要高可擴展性和跨平臺解決方案的企業(yè)產(chǎn)品。

Ruby

Ruby 是日本的 Yukihiro Matsumoto 于 1995 年開發(fā)的一種流行的編程語言。時間效率是 Ruby 的最大優(yōu)勢之一。結合 Rails 框架，它允許開發(fā)人員快速構建和部署應用程序。該工具提供了一個廣泛的庫和有用的工具。它具有內(nèi)置安全性，可降低與 SQL 注入、跨站點腳本軟件 (XSS) 和跨站點請求偽造 (CSRF) 相關的風險。Ruby 有一個支持性的社區(qū)和良好的文檔。

雖然開發(fā)人員可以快速構建應用程序，但應用程序的速度是一個問題。也就是說，這個問題主要影響大型應用程序。中小型組織在這個領域沒有任何問題。

Ruby 不如 Java 或 Python 流行。出于這個原因，要為這個細分市場找到優(yōu)質的專業(yè)人士并不容易。Airbnb、GitHub、Bloomberg 和 Etsy 是一些使用 Ruby 的熱門公司。

在服務端開發(fā)工具中，Node.js 和 Python 是比較推薦的。Node.js 是一種易于學習、輕量級、對開發(fā)人員友好、高度可伸縮和可擴展的跨平臺解決方案。Python 使用簡單的語法，專注于自然語言，使編寫和執(zhí)行代碼變得更容易、更快。社區(qū)也非常支持。

應用層：應用程序編程接口(API)

應用程序編程接口 (API) 不是一種技術，它是一種概念，使開發(fā)人員能夠訪問軟件的某些數(shù)據(jù)和功能。簡單地說，它是一個讓應用程序相互通信的調(diào)解器。它包含構建應用程序所需的協(xié)議、工具和子例程定義。

例如，當您登錄某個應用程序時，該應用程序會調(diào)用 API 來檢索您的帳戶詳細信息和憑據(jù)。應用程序將聯(lián)系相應的服務器以接收此信息并將此數(shù)據(jù)返回給用戶應用程序。Web API 是通過 HTTP 協(xié)議在 Web 上可用的 API。它可以使用 .NET 和 Java 等技術構建。

使用 API，開發(fā)人員不必從頭開始創(chuàng)建所有內(nèi)容，而是使用作為 API 公開的現(xiàn)有功能來提高生產(chǎn)力并加快上市速度。通過減少開發(fā)工作量，API 顯著降低了開發(fā)成本。它還改善了整個生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)作和連接，同時增強了客戶體驗。

有不同類型的 API：

RESTful API：輕量級 JSON 格式的具象狀態(tài)傳輸 API。它具有高度可擴展性、可靠性并提供快速性能，使其成為最受歡迎的 API。

• SOAP：簡單對象訪問協(xié)議使用 XML 進行數(shù)據(jù)傳輸。它需要更多帶寬和高級安全性。
• XML-RPC : Extensible Markup Language – Remote Procedure Calls 使用特定的 XML 格式進行數(shù)據(jù)傳輸。
• JSON-RPC：使用JSON格式進行數(shù)據(jù)傳輸。

應用層：服務器實例/云實例

服務器或云實例是 Web 應用程序架構的重要組成部分。云實例是使用公共或私有云構建、交付和托管并可通過 Internet 訪問的虛擬服務器實例。它用作物理服務器，可以在多個設備之間無縫移動或在單個服務器上部署多個實例。因此，它具有高度動態(tài)性、可擴展性和成本效益。您可以在應用程序不停機的情況下自動更換服務器。使用云實例，您可以在任何環(huán)境中輕松部署和管理 Web 應用程序。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是 Web 應用程序的關鍵組件，用于存儲和管理 Web 應用程序的信息。使用函數(shù)，您可以根據(jù)用戶請求搜索、過濾和排序信息，并將所需信息呈現(xiàn)給最終用戶。它們允許基于角色的訪問以維護數(shù)據(jù)完整性。

在為您的 Web 應用架構選擇數(shù)據(jù)庫時，大小、速度、可擴展性和結構是需要您考慮的四個方面。對于結構化數(shù)據(jù)，基于 SQL 的數(shù)據(jù)庫是一個不錯的選擇。它們適合以數(shù)據(jù)完整性為關鍵要求的金融應用程序。

要處理非結構化數(shù)據(jù)，NoSQL 是一個不錯的選擇。它適合傳入數(shù)據(jù)的性質不可預測的應用程序。Key Value 數(shù)據(jù)庫將每個值與一個鍵相關聯(lián)，適用于存儲用戶配置文件、評論、博客評論等的數(shù)據(jù)庫。對于分析，寬列數(shù)據(jù)庫是一個不錯的選擇。

先進且可擴展的 Web 應用程序架構

Web 應用程序架構正在不斷發(fā)展。因此，組織應該主動監(jiān)控這些變化并相應地重新調(diào)整架構。以下是一些需要檢查的趨勢：

緩存系統(tǒng)

緩存系統(tǒng)是一種本地數(shù)據(jù)存儲，有助于快速訪問應用程序服務器的數(shù)據(jù)，而不是每次都聯(lián)系數(shù)據(jù)庫。在傳統(tǒng)設置中，數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。當用戶發(fā)出請求時，應用程序服務器會從數(shù)據(jù)庫中請求該數(shù)據(jù)并將其呈現(xiàn)給用戶。當再次請求相同的數(shù)據(jù)時，服務器又要進行相同的處理，重復且耗時。通過將此信息存儲在臨時緩存中，應用程序可以快速向用戶呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。

緩存系統(tǒng)可以設計成四種模型：

• 應用程序服務器緩存：與應用程序服務器一起的內(nèi)存中緩存(對于具有單個節(jié)點的應用程序)
• 全局緩存：所有節(jié)點都訪問一個緩存空間。
• 分布式緩存：緩存分布在節(jié)點之間，其中使用一致的哈希函數(shù)將請求路由到所需的數(shù)據(jù)。
• 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡 (CDN)：用于分發(fā)大量靜態(tài)數(shù)據(jù)。

緩存工具

Redis 和 Memcached 是兩個最流行的緩存系統(tǒng)，它們具有相似的特性。然而，Redis 提供了一套豐富的工具，使其適用于執(zhí)行各種任務。另一方面，Memcached 簡單易用。

AWS 的緩存系統(tǒng)稱為 AWS ElastiCache。此 Web 服務使管理員能夠擴展和管理云中的內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲服務。AWS 還提供了一個完全托管的與 Redis 兼容的內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲，稱為 Amazon ElastiCache for Redis，以及一個完全托管的與 Memcached 兼容的內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲服務，稱為 Amazon ElastiCache for Memcached。

云存儲(亞馬遜 S3)

在 Web 應用程序架構中，云存儲是一個顯而易見的需求。云存儲是將數(shù)據(jù)存儲在云中并通過 Internet 訪問它。云服務提供商以按使用付費的訂閱模式提供存儲基礎設施。

由于 AWS 是最受歡迎的云服務提供商，Amazon S3 是全球 Web 應用程序架構 AWS 環(huán)境中廣泛使用的云存儲解決方案。Amazon Simple Storage Service (S3) 是一種云存儲服務，靈活、經(jīng)濟、耐用、安全，并提供高可用性和高可擴展性。

在 AWS 中，云存儲單元稱為存儲對象的“桶”。Bucket創(chuàng)建后，部署在用戶指定的地域。部署完成并將對象添加到存儲桶后，用戶可以選擇存儲類類型以及版本控制、生命周期策略、存儲桶策略等功能。AWS 負責一組對象的生命周期管理，包括 IAM 策略和數(shù)據(jù)保護。

Azure 云存儲是 Microsoft Azure 提供的另一種流行的云存儲服務。Azure 存儲的最大優(yōu)點是 99.95% 的正常運行時間和高安全性的高可用性。每月每GB 0.18美元的價格，非常劃算。Azure 附帶一整套管理訪問和開發(fā)人員工具，可幫助組織無縫協(xié)調(diào)整個業(yè)務運營。

Google Cloud Storage 是 Google 提供的一種云存儲產(chǎn)品，價格為每月每 GB 0.02 美元。它在多個地區(qū)可用，具有高耐用性并可輕松與其他 Google 服務集成。該工具附帶了很好的文檔。

CDN(云端)

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡 (CDN) 是安裝在不同地理位置的服務器網(wǎng)絡，可以更快更好地向用戶分發(fā)內(nèi)容。用戶的請求沒有聯(lián)系中央服務器，而是被路由到存儲內(nèi)容緩存版本的 CDN 服務器。因此，站點速度和性能提高，數(shù)據(jù)包丟失減少。服務器負載降低。它還可以實現(xiàn)受眾細分和高級網(wǎng)絡安全。

CloudFront 是一種流行的 Web 應用程序架構 aws CDN 服務。它充當分布式緩存，以提供更高的速度、更低的延遲和更好的客戶體驗。考慮到 AWS 的全球存在，CloudFront 為用戶提供了更廣泛的地理位置。CloudFront 與其他 AWS 服務(如 Amazon EC2、AWS Lambda、Amazon CloudWatch、Amazon S3 等)很好地集成，使您的工作更加輕松。它靈活、易于設置并提供高可擴展性。它還具有彈性服務和分析功能。您也可以控制對內(nèi)容的訪問。

Azure CDN 是來自 Microsoft Azure 云平臺的流行內(nèi)容交付網(wǎng)絡，易于配置和使用，并提供低延遲。

Google 的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡稱為 Cloud CDN。它利用全球分布的邊緣服務器在使用位置緩存內(nèi)容，以高速交付內(nèi)容。

CloudFlare 是另一種流行的 CDN 服務。雖然 CloudFlare 主要提供強大的 DNS 服務，而不是傳統(tǒng)的內(nèi)容交付網(wǎng)絡，但它充當反向代理，通過其全球數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡路由流量。

負載均衡器

顧名思義，負載均衡器是一種服務，它通過根據(jù)可用性或預定義的策略將流量分布在不同的服務器上來平衡流量負載。當負載均衡器收到用戶請求時，它會根據(jù)可用性和可伸縮性檢索服務器的健康狀況，并將請求路由到最佳服務器。負載平衡器可以是硬件組件或軟件程序。

負載均衡可以通過兩種方式完成：

1) TCP/IP level Load Balancing : 基于DNS的負載均衡

2) App-level Load Balancing : 基于應用負載的負載均衡

負載均衡器工具

AWS 中最初的彈性負載均衡器是AWS Classic Load Balancer。它工作在 TCP 層(第 4 層)和應用層(第 7 層)。但是，它僅在每個實例的一個端口上轉發(fā)流量。

另一個很棒的 LB 是AWS Application Load Balancer ，它在應用程序層 (HTTP) 工作，可以在每個實例的多個端口上轉發(fā)流量。它還提供多個域名。

多個服務器

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構中，您會看到一個網(wǎng)絡服務器和一個數(shù)據(jù)庫。Web 服務器偵聽客戶端請求并聯(lián)系數(shù)據(jù)庫以提供所需信息或處理業(yè)務邏輯。當并發(fā)用戶增加時，Web 服務器將耗盡資源。盡管升級服務器配置有一段時間的幫助，但它提供的功能有限，同時也會導致單點故障。部署多臺服務器是創(chuàng)建高度可擴展的 Web 架構的不錯選擇。

在設計多服務器架構時，組織可以將多個操作系統(tǒng)部署服務器連接到單個數(shù)據(jù)庫或多個數(shù)據(jù)庫。但是，重要的是用適當?shù)膬?nèi)容復制它們?？梢栽谥付〞r間安排復制。

消息隊列

消息隊列是一個緩沖區(qū)，它異步存儲消息并促進 Web 應用程序中不同服務之間的通信。在當今的微服務環(huán)境中，軟件是在更小的、模塊化的、獨立的構建塊中開發(fā)的，這些構建塊使用 RESTful API 相互通信。這些塊之間的通信使用消息隊列進行協(xié)調(diào)。軟件組件連接到這些消息隊列的末端以發(fā)送和接收消息并處理它們。消息隊列提供細粒度的可伸縮性，簡化解耦過程，并提高可靠性和性能。

Amazon Simple Queue Service (SQS) 是 Amazon 提供的完全托管的發(fā)布/訂閱 (pub/sub) 消息隊列服務。使用 AWS SQS 提供的 Web 服務 API，用戶可以通過任何編程語言訪問消息。消息是異步處理的，這意味著消息在隊列中等待，應用程序可以稍后訪問它們。

Amazon SQS 使用兩種類型的隊列：

• 先進先出 (FIFO)：消息字符串按照發(fā)送的相同順序進行處理。它對于過程順序至關重要的操作很有用。
• 標準隊列：消息字符串保持不變，但順序可能會改變。它對于將消息分發(fā)到各個節(jié)點的任務很有用。

AWS SQS 支持每秒 300 條消息。每條消息都可以定制。您可以將消息保留 1 分鐘到 14 天的較長時間。解耦應用程序組件的能力有助于實現(xiàn)高性能。它消除了管理開銷，同時保持數(shù)據(jù)敏感。與其他 AWS 產(chǎn)品的兼容性可幫助您輕松地將其與現(xiàn)有基礎設施集成。

Web 應用架構圖

在這里，您將能夠借助 Web 應用程序架構圖從頭到尾分析流程。重要的是要考慮將對流程采取行動的元素和資源，例如 API、云存儲、技術和數(shù)據(jù)庫。

Web 應用程序架構的類型

Web 應用程序的體系結構可以根據(jù)軟件開發(fā)和部署模式分為不同的類別。

單體架構

單體架構是一種傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模型——也稱為 Web 開發(fā)架構——其中整個軟件開發(fā)為通過傳統(tǒng)瀑布模型的單個代碼。這意味著所有組件都是相互依賴和互連的，并且每個組件都需要運行應用程序。要更改或更新特定功能，您需要更改要重寫和編譯的整個代碼。

由于單體架構將整個代碼視為一個程序，因此構建新項目、應用框架、腳本、模板和測試變得簡單易行。部署也很容易。但是，隨著代碼越來越大，管理或更新變得困難;即使是很小的變化，您也需要經(jīng)歷 Web 開發(fā)架構的整個過程。由于每個元素都是相互依賴的，因此擴展應用程序并不容易。此外，它不可靠，因為單點故障可能會導致應用程序崩潰。

當您想要構建輕量級應用程序并且預算緊張時，單體架構將達到目的。但是，當您的開發(fā)團隊在一個位置工作而不是遠程分散時，使用整體模型是有意義的。

微服務架構

微服務架構解決了單體環(huán)境中遇到的幾個挑戰(zhàn)。在微服務架構中，代碼被開發(fā)為通過 RESTful API 進行通信的松散耦合的獨立服務。每個微服務都包含自己的數(shù)據(jù)庫并運行特定的業(yè)務邏輯，這意味著您可以輕松開發(fā)和部署獨立的服務。

由于它是松耦合的，微服務架構提供了更新/修改和擴展獨立服務的靈活性。開發(fā)變得簡單高效，持續(xù)交付成為可能。開發(fā)人員可以快速適應創(chuàng)新。對于高度可擴展和復雜的應用程序，微服務是一個不錯的選擇。

但是，使用運行時實例部署多個服務是一項挑戰(zhàn)。當服務數(shù)量增加時，管理它們的復雜性也會增加。此外，微服務應用程序共享分區(qū)數(shù)據(jù)庫。這意味著您應該確保受事務影響的多個數(shù)據(jù)庫之間的一致性。

集裝箱

容器技術是部署微服務的最佳選擇。容器是對可以在物理機或虛擬機上運行的應用程序的輕量級運行環(huán)境的封裝。因此，應用程序在從開發(fā)人員設備到生產(chǎn)環(huán)境的一致環(huán)境中運行。通過在操作系統(tǒng)級別抽象執(zhí)行，容器化允許您在單個操作系統(tǒng)實例中運行多個容器。在減少開銷和處理能力的同時，它也提高了效率。

容器化使開發(fā)人員能夠在單個 VM 環(huán)境中添加多個應用程序組件，而不是將代碼隔離到不同的 VM 中，從而獲得更多的應用程序處理能力。憑借其輕量級的特性，容器運行得更快。它們靈活、可靠，最適合基于策略的微服務環(huán)境。

Docker 是最流行的容器化技術，它為容器化技術提供了一個全面的生態(tài)系統(tǒng)。它提供更高的性能、易于使用的技術和龐大的社區(qū)支持。

無服務器架構

無服務器架構是開發(fā)軟件應用程序的模型。在此結構中，底層基礎設施的供應由基礎設施服務提供商管理。這意味著您只需為使用中的基礎架構付費，而不是為空閑 CPU 時間或未使用的空間付費。無服務器計算降低了成本，因為資源僅在應用程序執(zhí)行時使用?？s放任務由云提供商處理。此外，后端代碼得到簡化。它減少了開發(fā)工作和成本，并縮短了上市時間。

多媒體處理、直播、聊天機器人 CI 管道、物聯(lián)網(wǎng)傳感器消息等是無服務器計算的一些用例。

在微服務架構中，您可以使用 AWS Lambda、API Gateway 和 API Step Functions 執(zhí)行無服務器計算。

AWS 拉姆達

AWS Lambda 是亞馬遜提供的無服務器計算服務。Lambda 于 2014 年推出，為使用 Python、C#、Java、Node.js 等語言編寫的函數(shù)提供執(zhí)行環(huán)境。它會根據(jù)流量要求自動配置和刪除服務器。您不必上傳整個應用程序，只需上傳所需的功能，然后觸發(fā)它運行服務。Lambda 提供易于執(zhí)行、改進的應用程序彈性和具有成本效益的解決方案。不利的一面是，無法控制環(huán)境。

API網(wǎng)關

API 網(wǎng)關是一種 API 管理工具，可讓您創(chuàng)建、發(fā)布、保護和管理 HTTP、WebSocket 和 REST API。作為反向代理，API 網(wǎng)關接收各種 API 調(diào)用，執(zhí)行服務聚合以完成這些調(diào)用并傳遞結果。API 網(wǎng)關可幫助您保護 API、在 API 上運行分析工具、連接計費服務或管理舊的和已刪除的 API 等。在無服務器環(huán)境中，資源是根據(jù) API 調(diào)用來配置的。API 網(wǎng)關可幫助您部署和管理無服務器功能。

AWS 步驟功能

AWS Step Functions 是一種 AWS 可視化工作流工具，使開發(fā)人員能夠將流程分解為一系列步驟。借助這種低代碼服務，IT 流程自動化、構建分布式應用程序和機器學習管道變得很容易。您可以快速構建和部署可靠且高度可擴展的應用程序，并使用更少的集成代碼管理有狀態(tài)和容錯的工作流。

Web 應用程序架構最佳實踐

以下是設計出色的 Web 應用程序架構時應遵循的一些最佳實踐。

可擴展的網(wǎng)絡服務器

無論并發(fā)用戶數(shù)量、位置和時間如何，可擴展的 Web 服務器對于提供一致的應用程序性能至關重要。存在三種類型的縮放選項，即水平縮放、垂直縮放和對角縮放。垂直縮放是關于升級/降級設備配置，而水平縮放是關于增加/減少設備數(shù)量。對角縮放是關于結合兩種模型。建議選擇水平擴展模型，因為您不會受到配置或服務器數(shù)量的限制。此外，您可以在適用的情況下混合垂直縮放。

使用彈性基礎架構適應云

隨著混合云和多云環(huán)境越來越流行，適應云并主動配置資源是交付高性能 Web 應用程序的關鍵。彈性基礎架構帶有預配置的網(wǎng)絡系統(tǒng)、VM 服務器、存儲和計算資源，允許使用自助服務門戶輕松管理環(huán)境。它提供了快速適應不斷變化的市場需求和客戶期望的靈活性。

不可變的基礎設施

簡而言之，不可變的基礎架構是一旦部署就無法更改的東西。它使管理員能夠使用代碼自動配置資源。當要更新或修改服務器時，它們會自動被更新的服務器替換。

配置漂移是可變基礎架構中的一大挑戰(zhàn)。在復制生產(chǎn)環(huán)境的同時擴展和調(diào)試問題增加了這一挑戰(zhàn)。不可變基礎架構使用經(jīng)過驗證和版本控制的映像為每個部署配置新服務器。因此，服務器的先前狀態(tài)不是問題。您可以在部署之前測試服務器。它消除了配置漂移并允許水平擴展，同時通過一致的暫存環(huán)境提供簡單的回滾和恢復。

微服務和無服務器方法

微服務和無服務器計算對于 Web 應用程序開發(fā)都至關重要。然而，不同之處在于微服務架構提供了具有高可擴展性的長期解決方案，而無服務器計算提供了代碼效率。無服務器功能僅在觸發(fā)時運行。

通過結合這兩種模型，您可以獲得兩全其美的優(yōu)勢。您可以使用 AWS Step Functions 分配觸發(fā)器以將多個函數(shù)組合到一個服務中并為它們分配觸發(fā)器。借助事件觸發(fā)的微服務，您可以構建組合系統(tǒng)以獲得代碼效率、長期穩(wěn)定性、成本效益和可擴展性。

多租戶架構

• Web 應用程序現(xiàn)在作為 SaaS 應用程序交付。部署 SaaS 應用程序有兩種模型：單租戶與多租戶架構。
• 單租戶架構：為包含基礎設施、軟件和硬件生態(tài)系統(tǒng)的每個組織創(chuàng)建一個獨立的環(huán)境。
• 多租戶架構：具有完全集中服務和邏輯隔離的單一云環(huán)境由多個組織共享。

對于 Web 應用程序，使用多租戶架構具有多種優(yōu)勢。組織可以為所有用戶管理一個代碼庫，減少開銷和代碼沖突問題。它還通過規(guī)模經(jīng)濟降低了服務器基礎設施成本。在減少開發(fā)工作的同時，它還縮短了上市時間。

Python/Node.js + React + AWS 是構建 SaaS Web 應用程序的新趨勢。

使用 HIPAA、PCI 和 SOC2 準則保護架構

構建安全架構是任何組織的最低要求。應用安全協(xié)議和策略不僅可以保護您的數(shù)據(jù)和環(huán)境，還可以幫助您輕松管理審計任務并遵守政府法規(guī)。

• HIPAA：健康保險流通與責任法案 (HIPAA) 是健康組織必須遵守的一項重要要求。它有助于減少醫(yī)療保健欺詐，同時保護私人健康信息。
• PCI DSS：支付卡行業(yè)數(shù)據(jù)安全標準 (PCI DSS) 為處理客戶敏感財務數(shù)據(jù)的金融機構定義了一套程序和政策。
• SOC 2：SOC 2 審計程序是確保您的數(shù)據(jù)由云服務提供商安全管理的一個關鍵方面。雖然組織不必遵守 SOC 2 指南，但最好遵循它們以保護客戶數(shù)據(jù)。SOC 2 準則定義了客戶數(shù)據(jù)管理所基于的五項信任服務原則。
• 可用性
• 安全
• 加工完整性
• 保密
• 隱私

在 DevOps CI/CD 環(huán)境中自動化代碼部署

部署自動化是關于輕松地自動化測試和生產(chǎn)環(huán)境之間的代碼移動過程。它使開發(fā)人員能夠快速、頻繁地將代碼部署到生產(chǎn)中，而無需人工干預。AWS 以 AWS CodeDeploy 的形式提供完全托管的部署服務。它使您能夠自動將代碼部署到各種環(huán)境，例如 AWS Lambda、AWS Fargate、Amazon EC2 或本地。

部署自動化是 DevOps 持續(xù)集成/持續(xù)部署管道的一部分。它由三個重要階段組成：構建、測試和部署。編寫代碼時，它會自動進行測試并添加到中央存儲庫中。這些更改經(jīng)過驗證并添加到應用程序中。自動化測試在不同級別運行各種測試，以確保代碼沒有錯誤。然后代碼會自動部署到生產(chǎn)環(huán)境中。

使用基礎架構即代碼工具構建您的 Web 架構

基礎設施即代碼 (IaC) 是一種使用代碼自動配置基礎設施的方法。它幫助您將服務器、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和其他 IT 資源視為軟件，并使用配置文件對其進行管理。因此，您可以按需即時啟動資源、管理配置一致性并消除配置偏差，同時提高軟件開發(fā)效率。它還降低了軟件開發(fā)成本。Terraform 和 AWS CloudFormation是兩個最流行的IaC 工具。

結論

在當今競爭激烈的軟件世界中，創(chuàng)造優(yōu)質的產(chǎn)品和服務不足以贏得客戶的信任。您向客戶提供產(chǎn)品和服務的方式最為重要。Web 應用程序可以幫助您做到這一點。因此，組織需要創(chuàng)建和部署高度優(yōu)化的 Web 應用程序，以經(jīng)濟高效地為客戶提供速度和性能以及卓越的客戶 UI/UX 體驗。設計正確的 Web 應用程序架構在這里至關重要。