夜雨聆风一、概述
分布式架构基础定义
1. 分布式架构是分布式计算技术的应用范式，各个部分独立运行，通过接口完成数据交换。
2. 分布式架构系统是若干独立计算机的集合，这些计算机对于使用者来说就像是单个计算机系统。
3. 特征：系统的组成部分在不同的独立硬件（微处理器）上运行（而非在同一硬件上运行）。即每个部分都在独立的计算机上运行。但是对于用户来说是一个完整的系统，如汽车电子系统。
4. 分布式架构系统两大本质特点
◦ 系统内部由多个独立的计算机组成
◦ 系统外部呈现为单个的系统
5. 演进动力：复杂度高、用户数量增长是促进分布式架构演进的主要动力。
分布式架构通用基础组件
面向不同业务领域的分布式架构组件存在差异，大多数场景至少包含以下组件：
1. 分布式业务框架：为业务开发实现业务逻辑提供框架，例：互联网业务Spring Boot。
2. 分布式缓存和管理组件：为大并发和数据存取提供可高速访问的数据，保障业务数据一致性。
3. 分布式消息组件：为不同物理机上的模块/子系统提供互相通信、调用的方法，依靠远程调用实现。
4. 分布式数据库：提供大规模大数据读写、管理、查询能力。
5. 分布式文件系统：跨越物理计算机边界，将多台机器文件统一映射为完整一致文件系统。
分布式系统治理组件（互联网常用）
复杂分布式系统除基础架构外，需要治理模块管理协调各子模块：
1. 服务的管理和监控：感知服务、物理机、网络运行状态，按需自动申请/分配/释放物理资源。
2. 服务的注册和发现：模块启动后在注册中心登记，客户端通过注册中心访问接口。
3. 负载均衡：多实例服务调用分发至不同节点，均衡负载，提升系统吞吐量。
4. 服务容错：依靠断路器（熔断器）机制，调用异常服务时快速返回结果，避免长时间同步等待。
5. 服务网关（API网关）：服务统一调用入口，可实现鉴权、计费、动态路由、灰度发布。
6. 分布式配置中心：统一存储、管理全系统各服务配置信息。
7. 容器：提供统一易管理运行环境，简化服务部署、实例化流程。
8. 系统安全控制（信息安全）：高安全业务场景下，全局管控系统信息安全。
分布式架构优缺点与代价
（1）优点
（2）代价
（3）缺点
二、质量特性
核心质量特性划分
1. 直接关联业务价值：可靠性、性能效率、信息安全；
2. 关联企业运营成本与效率：兼容性、维护性。
分布式特有技术挑战
1. 数据一致性保障
2. 事务处理设计
3. 并发和互斥问题
4. 远程调用带来的性能下降、容错问题
功能性质量特性细分
分布式由多子系统协同完成整体功能，功能特性分为三类：
1. 功能完备性：覆盖单系统功能、模块联合功能、全系统整体功能，测试需覆盖多层级集成场景；
2. 功能正确性：存在服务水平降级特性，超负荷运行时系统降低服务能力，需验证各类负载下功能正常；
3. 功能适合性：与架构无关，由交互设计、业务使用场景决定。
CAP定理与数据一致性
1. CAP定义：分布式系统中，一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容错性(Partition tolerance)三者无法同时满足
◦ 一致性：全系统数据副本同一时刻数值完全相同；
◦ 可用性：部分节点故障时，系统整体可持续正常提供业务；
◦ 分区容错性：节点地理隔离、局部节点异常时，系统仍可正常提供服务、返回一致数据。
2. 数据一致性缺失带来的质量缺陷
◦ 牺牲一致性 → 业务功能缺陷；
◦ 一致性逻辑实现错误 → 功能性、可靠性缺陷；
◦ 一致性、可用性平衡设计失衡，过度追求一致性 → 降低系统容错/可靠性；
◦ 高一致性要求 → 损耗系统性能、容量。
3. 测试应对策略
◦ 尽早开展测试，参与软件设计评审；
◦ 场景法设计容错、并发数据场景；
◦ 设计专项数据测试，全覆盖一致性相关问题。
分布式事务处理
（1）两种事务实现方式
1. 嵌套式事务：多节点模块串行执行，全部步骤完成事务才算结束；
2. 分布式事务：大事务拆分为多个小事务并行执行，全部完成后汇总结果。
（2）两种事务模式对质量特性的影响
1. 嵌套式事务：可靠性保障好，但易产生性能瓶颈；
2. 分布式事务：性能、扩展性优秀，但稳定性副作用突出。
（3）测试应对方案
1. 嵌套式事务：针对性性能测试、压力测试；
2. 分布式事务：开展容错性专项测试。
高并发、互斥相关问题
（1）并发带来的质量影响根源
临界区读写不当，破坏业务数据正确性，衍生两类问题：
1. 业务区域读写错误 → 破坏功能特性；
2. 逻辑区域读写错误（循环变量、内存堆栈）→ 降低服务可靠性；
3. 过度扩大临界区规避读写错误 → 并发性能大幅下降。
（2）测试应对策略
1. 分层测试策略
◦ 单元测试：高并发模块专项测试；
◦ 集成测试：设计并发用例覆盖进程、模块并发场景；
◦ 系统测试：模拟高并发，从并发量、持续时间维度设计用例。
2. 测试左移：尽早测试、参与设计评审；
3. 测试方法：场景法、边界值、状态迁移法，针对设计弱点覆盖；
4. 单元测试：完成业务、算法逻辑的代码逻辑覆盖、功能覆盖。
远程调用与通信问题
（1）远程调用带来的负面质量影响
1. 跨机器进程调用产生额外开销、通信延迟，模块切分不合理会加剧性能损耗；
2. 跨公网远程调用，互联网无原生安全保障，产生信息安全风险；
3. 远程节点故障时，本地模块不能崩溃，对系统容错性提出硬性要求。
（2）测试应对策略
1. 强化集成测试：以业务流程为主线整合模块，使用边界值、等价类、决策表、状态迁移法覆盖完整业务；
2. 全集成层级开展性能测试；
3. 容错场景全覆盖：设计单点、多点异常，验证服务、数据灾备恢复能力；
4. 公网远程调用场景：专项信息安全测试。
运维相关非功能特性
分布式系统运维、管控、备份、灾备恢复对应以下特性：
1. 易用性：面向运维人员，系统管理运维操作便捷；
2. 信息安全：运维人员操作、访问权限管控；
3. 维护性、可移植性：模块化、服务可复用设计；
4. 兼容性（共存性）：服务节点可快速替换，不影响其他模块运行。
三、质量目标
不同分布式系统对容量、容错、响应速度、弹性要求对比
四、测试策略
分布式系统分层完整测试流程：
1. 单元测试
分布式模块普遍有灵活部署、并发、性能需求，除传统功能测试、代码覆盖外，需设计部署、扩展、迁移场景用例，配合部署工具完成测试。
2. 接口测试
覆盖系统模块间接口，验证功能、性能、稳定性、信息安全四大质量特性。
3. 子系统集成测试
围绕子系统业务功能，采用等价类、边界值、场景法、状态迁移法设计正向、异常用例，充分覆盖性能、并发、容错场景。
4. 系统集成测试
多复杂子系统二次集成，偏向黑盒测试，参考系统业务流程开展用例设计。
5. 对外接口系统测试
以黑盒/规格说明测试为主，通过外部接口调用验证全系统能力。
6. 端到端应用测试
面向客户端、前端应用，基于规格说明黑盒设计用例，人工执行或自动化界面工具完成测试。
