互联网系统的微观与宏观架构

互联网系统的架构设计，通常会根据项目的体量、业务场景以及技术需求被划分为微观架构（Micro-Architecture）和宏观架构（Macro-Architecture）。这两者的概念与职责既独立又相互关联。本文将通过一些系统案例，结合架构原则和复杂度的度量手段，探讨微观架构与宏观架构的区别、联系，以及对架构师的专业要求。

一、微观架构与宏观架构的定义

微观架构：微观架构更关注系统内部模块的设计细节，通常涵盖组件的交互、接口定义、数据流向、数据库模式设计、服务的业务逻辑层次划分等。其设计目的是保证代码的可维护性、模块的可扩展性以及开发团队的高效协作。
宏观架构：宏观架构则聚焦系统整体的高层次设计，如系统模块划分、分布式系统的通信方式、服务间的依赖关系、容灾设计、负载均衡、分布式存储等。其目标是确保系统具备高可用性、扩展性和性能。

二、典型案例分析

微服务架构案例（微观架构与宏观架构结合）：
微服务架构是互联网系统中较为典型的设计，它通过将业务功能拆分成独立服务，每个服务都有自己的数据库与业务逻辑，最终通过 API 网关进行调用。这种架构需要在微观层面实现服务的解耦、服务间的接口设计、数据一致性等；而在宏观层面，微服务的划分、网络通信协议、服务注册与发现、容灾机制、监控等均属于关键设计。

- 微观架构：微服务的具体实现，如数据库表设计、各个服务之间的接口定义、服务内部的业务逻辑。
- 宏观架构：服务划分策略、API 网关的使用、服务发现、网络协议和负载均衡策略。

电商系统架构案例（宏观复杂度高）：
电商系统由于要处理大量并发请求，通常需要在宏观架构上重点考虑高可用、水平扩展和性能优化。具体来说，宏观架构的设计包括全站缓存方案（如 Redis）、分布式数据库拆分（如主从数据库设计）、支付系统的分布式事务处理以及订单流转的幂等设计。

- 微观架构：每个子系统如购物车、订单系统、支付系统的内部逻辑和模块划分。
- 宏观架构：电商系统如何分层，数据如何在前后端传递，如何确保交易系统的高可用性。

搜索引擎系统（微观架构复杂度高）：
搜索引擎系统的微观架构更为复杂，因为它需要对索引、分词、倒排索引、排序算法等进行精细的设计。而宏观架构层面则涉及如何构建集群、如何分布式存储海量数据、查询负载的均衡策略等。

- 微观架构：分词器、索引构建算法、文档排序策略、数据存储格式。
- 宏观架构：索引数据的分布式存储，查询请求的路由和负载均衡。

三、架构原则

无论是微观架构还是宏观架构，都需要遵循一些通用的设计原则，确保系统的健壮性、可扩展性和高可用性。

单一职责原则（SRP）：每个模块或服务应该只专注于一个功能。这一原则对于微观架构尤为重要，能保证模块的高内聚、低耦合，使系统易于维护。
开闭原则（OCP）：系统应该对扩展开放，对修改关闭。系统设计应允许通过扩展现有功能而不破坏原有代码。尤其在宏观架构中，这一原则可以确保业务扩展时不影响已有服务。
高内聚低耦合：高内聚意味着模块内部的相关性强，低耦合意味着模块之间的依赖关系弱。这一原则是设计微服务架构的核心，能够极大提升代码的可复用性与测试性。
高可用性设计：宏观架构的设计通常需要优先考虑系统的可用性。通过冗余设计、多活数据中心、异地容灾等手段确保在部分组件失效的情况下，系统仍然可以持续提供服务。
水平扩展性：系统应能通过增加节点或服务器进行横向扩展，而不必对原有系统做过多的调整。在微观架构中，模块化设计能使得代码易于扩展；在宏观架构中，支持水平扩展的设计可减少单点瓶颈。
最终一致性：对于分布式系统而言，数据一致性往往难以实时保证，因此需要采用最终一致性策略。微服务架构中经常通过事件驱动、消息队列等方式实现系统的最终一致性。