《区块链：技术与应用》课后思考题及答案 第二章 课后思考题答案.docx

第二章课后思考题答案

1.分布式系统架构有哪些类别?不同架构的优缺点是什么?

分布式系统架构有分层架构、面向服务的架构和微服务架构。

1.分层架构优点为开发效率较高,系统内各部分的相互依赖程度较低,系统维护成本较低,标准化程度较高,易于开发,模块可复用性较强；缺点为表示层数据的改动可能会导致其他相关层逻辑的修改,在该场景下的开发效率会因此而降低。

2.面向服务的架构优点为能使服务更具业务价值,响应速度更快,复用性也更强,具有服务间相互依赖性低、系统具有平台无关性以及可复用性强的特点；缺点为可能导致系统整体复杂度提高,服务间通信开销较大,有时还会因过度拆分而影响系统的整体性能和稳定性,并且在小规模应用程序中适用性较差。

3.微服务架构优点为开发复杂度低,微服务间的依赖性低,具有跨语言特性,微服务独立开发部署；缺点为链修改导致业务修改复杂,对服务进行拆分导致系统测试复杂。

2.分布式系统在业务处理和数据存储方面采用了哪些设计?不同设计的优缺点是什么？

在业务处理方面，最初使用单体架构时虽然开发测试简单，部署运维方便，但是框架更新复杂，系统各功能间依赖严重，系统可用性和性能都有瓶颈，于是逐渐演变出了各种分布式系统架构，如

①分层架构，其将业务抽象出了不同层，每层与上一层服务之间是层调用的限制关系,同时也可以降低系统不同层之间的依赖关系，而三层架构的业务逻辑层由于承载了所有业务处理逻辑,会随着系统的不断发展而愈发庞大，因此,可以将这一层进一步优化,分离为接入层和服务层,接入层更为简单,拥有更好的可扩展性,服务层则专注于实现业务逻辑的处理，然而，在分层架构下，表示层数据的改动可能会导致其他相关层逻辑的修改,在该场景下的开发效率会因此而降低；

②面向服务的架构依据业务的属性对服务进行了划分和定义，这样做提高了服务的业务价值，提升了响应速度和复用性，但可能会导致系统整体复杂度高、服务间通信开销大、过度拆分影响性能和稳定性，以及小规模应用程序中适用性较差的问题；

③微服务架构中的业务从API网关开始作为系统的唯一入口,所有模块都按照业务进行拆分，起到了降低开发复杂度和服务间依赖性的作用，但缺点是链修改导致业务修改复杂,对服务进行拆分导致系统测试复杂。

在数据存储方面，高可用角度下分布式系统架构在数据存储方面主要指两个层面,从服务器层面讲是双机架构,从数据层面讲是数据多副本。

一般将单机房场景下的两台服务器配合实现高可用称为双机架构,常见的双机架构有主备模式、主从模式和双主模式。

①主备模式是一种最简单的架构,由一个主数据库和一个备数据库组成。备数据库在正常情况下不使用,只有在主数据库出现故障时才启用。主备模式的优点是实现非常简单,对外业务只需要感知主数据库的地址,备数据库对业务透明,它只需要从主数据库同步数据，缺点是在正常业务场景下,备数据库不提供服务,这就导致备数据库在资源层面上没有得到有效利用,数据库的性能(特别是读取性能)无法得到有效提升。另外,备数据库的切换只能靠人工实现,因此会提高运维成本,降低系统可用性；

②主从模式是在主备模式基础上的一个升级,它将正常场景下的备数据库提升为可用的从数据库，其优点是解决了主备模式下的资源浪费问题,提升了线上读取数据的性能，缺点是业务需要感知主从数据库,并且需要判断什么场景下分发到哪个数据库进行读取，以及当出现故障时,仍然需要人工介入切换；

③双主模式是指两个数据库互为主从,都对外提供读写,当客户端访问时,可以以某种策略来连接后端的两台服务器，其适用于对数据一致性不敏感的场景。

①副本是分布式系统容错、提高可用性的基本手段,一般数据副本的基本策略以机器为单位,每个副本存储在不同的机器上,副本的数据保持完全一致,称为全量数据多副本。全量数据多副本的优点在于实现比较简单，缺点在于数据恢复效率低，数据写入性能成为瓶颈，

②针对以上两点不足,演变出了一种基于数据分片的多副本存储模式,将每个业务的数据进行分片,每个分片的数据再采取多副本存储模式，其优点在于数据写入性能好，数据恢复效率高，扩容便捷。

3.数据库系统的四个基本特性是什么?任何一个特性不满足会对数据库造成什么影响？

数据库的四个基本特性是原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔离性(isolation)和持久性(durability)。

1.如果不满足原子性，数据库可能会进入不一致的状态，部分数据更新可能会丢失或不完整，导致数据不准确；如果一个操作分配了资源（如内存或文件描述符）而未能成功地释放或回滚，可能会导致资源泄露；当多个事务相互依赖时，一个事务的部分完成可能导致其他事务无法继续，影响系统的整体可靠性；

2.如果不满足一致性，数据库可能会存在不符合预定约束的状态，产生不合法的数据，破坏数据完整性；

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