本篇原文節錄自 LinkedIn 作者: Arslan Ahmad 的 𝐃𝐞𝐬𝐢𝐠𝐧 𝐏𝐚𝐭𝐭𝐞𝐫𝐧𝐬 𝐔𝐬𝐞𝐝 𝐀𝐜𝐫𝐨𝐬𝐬 𝐃𝐢𝐟𝐟𝐞𝐫𝐞𝐧𝐭 𝐋𝐚𝐲𝐞𝐫𝐬
筆者再透過 Google 以及 ChatGPT4 做點補充筆記。

這邊的 "Layer"，用 "Component" 來稱呼似乎更為貼切點

使用在大型軟體系統設計中的 Design Patterns

Client Layer

• 關鍵字

  • Mobile Client
  • Web Client
  • Desktop Client

• Client-side Load Balancing (客戶端負載平衡)

  • 分發請求直接到可用的服務實例

• State Pattern (狀態模式)

  • 允許物件在其內部狀態改變時改變它的行為

• Composite UI Pattern (複合UI模式)

  • 從多個微服務合成回應以渲染 UI

Load Balancer Layer

• 關鍵字

  • Hardware Load Balancer
  • Software Load Balancer

• Geographical Distribution (地理分布)

  • 根據客戶地理位置路由流量

• Health Check (健康檢查)

  • 定期檢查伺服器的健康狀態並路由流量到健康的伺服器

• Affinity Based Routing (親和性基礎路由)

  • 根據特定客戶將請求路由到相同的服務實例

• Round Robin (循環)

  • 均勻地分發請求到各服務實例

• Least Connections (最少連線)

  • 路由流量到最少活躍連線的伺服器

API Gateway Layer

• 關鍵字

  • RESTful API
  • GraphQL API

• Backend for Frontend (BFF) 後端供前端

  • 根據不同的客戶端類型量身定製 API 回應

• Circuit Breaker 斷路器模式

  • 檢測失敗並防止應用嘗試執行可能會失敗的操作

• Retry Pattern 重試模式

  • 當嘗試連接到遠程服務或資源時，幫助應用處理瞬時故障

• Fallback Pattern 備用模式

  • 當服務失敗時提供替代或默認行為

• Request Collapsing 請求摺疊

  • 折叠多個相同的資料存取操作到單一操作

• Rate Limiting

  • 控制特定客戶端在特定時間窗口內的請求數量

Web Server Layer

• 關鍵字

  • Static Content
  • Dynamic Content

• Page Cache Pattern

  • 存儲操作的輸出結果並重用它，以避免重複的工作

• Lazy Loading

  • 在需要時才初始化物件

• Compression Pattern

  • 減少傳輸應答的大小以加快響應速度

• Content Negotiation

  • 根據客戶端的條件從伺服器提供和服務適當的內容

• Reverse Proxy

  • 為尋找其他伺服器資源的客戶端提供中間請求

Application Server Layer

• 關鍵字

  • Business Logic
  • Microservices

• Saga Pattern

  • 管理長時間運行的交易和失敗補償交易

• CQRS (Command Query Responsibility Segregation)

  • 分開讀取和寫入操作以提高性能和可擴展性

• Proxy Pattern

  • 作為客戶端尋求其他伺服器資源的中介者

• Decorator Pattern

  • 動態地將額外的職責附加到物件上

• Chain of Responsibility

  • 傳遞請求到一系列的物件中，直到其中一個物件處理該請求

Caching Layer

• 關鍵字

  • In-memory Cache
  • Distributed Cache

• Sidecar Caching

  • 在每個微服務旁部署專用的快取，提供獨立和可擴展的緩存功能

• Time-to-Live (TTL) Caching

  • 為每個快取條目分配生命週期，到期時刪除或刷新

• Cache Chaining

  • 逐級部署多個快取層，根據不同的壽命或用途進行查詢，並在快取未命中時順序查詢每個快取層

• Request Collapsing

  • 合併相同的瞬間快取未命中請求，以避免超載數據存儲

CDN Layer

• 關鍵字

  • Edge Caching
  • Content Delivery

• Prefetching

  • 預先加載並預測使用者行為，提前讀取資源

• Parallel Request

  • 將多個請求並行處理以減少加載時間

• Edge Computing

  • 更靠近用戶位置處理資料

• Domain Sharding

  • 分割資源來加快並行下載速度

• Adaptive Image Delivery

  • 根據設備和使用者上下文傳送圖像

Database Layer

• 關鍵字

  • SQL Database
  • NoSQL Database

• Sharding Pattern

  • 將資料分散到多個數據庫以提高可擴展性
    Replica-Read Pattern（複製讀取模式）: 使用讀取複製來卸載主數據庫實例的讀取操作。

• Unit of Work Pattern

  • 在一次交易中維護變更的一致性，並協調寫入

• Query Object Pattern

  • 表示數據庫查詢的物件

Authentication & Authorization Layer

• 關鍵字
  • OAuth
  • JWT
  • SSO

Service Mesh Layer

• 關鍵字
  • Istio
  • Linkerd

Orchestration Layer

• 關鍵字
  • Kubernetes
  • Docker Swarm

Queue & Messaging Layer

• 關鍵字
  • Kafka
  • RabbitMQ

Monitoring & Logging Layer

• 關鍵字
  • Prometheus
  • Grafana
  • ELK Stack

Backup & Recovery Layer

• 關鍵字
  • Data Replication
  • Disaster Recovery

Security Layer

• 關鍵字
  • Firewall
  • DDoS Protection

更多 Layer

不局限於 Web/App System，筆者也記錄一下嵌入式系統設計中的不同環節 (有時間再來補充常常應用的 Patterns)

Hardware layer

This layer includes the physical components of the system

• Peripheral Devices
  • microcontroller (e.g., ARM M-series)
  • sensors (e.g., Temperature, pressure, light, camera)
    • Communication Protocols: I2C, SPI, UART, etc.
  • actuators (e.g., Motors)
    • Control Methods: PWM, digital signals, etc.
  • Timer
  • DMA
  • Watch dog timer (WDT)
• Interrupt Handlers (HW)
  • NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）
  • GIC（Generic Interrupt Controller）

Firmware layer:

This layer includes the low-level software that controls the hardware

• Device Drivers: Initialization, data transfer, etc.
  • GPIO
  • UART
  • SPI
  • I2C
• Interrupt Handlers (SW): Manage asynchronous events
  • Hardware (External) Interrupt
  • Timer Interrupt
  • Software Interrupt

Operating system layer:

This layer includes the underlying operating system that provides services to the upper layers

• Memory Management
• Task Scheduling

User interface layer:

This layer includes the software that allows users to interact with the embedded system

• graphical user interface
• command-line interface

Reference

1. https://herbertograca.com/2017/08/03/layered-architecture/
2. https://www.quora.com/How-many-layers-are-there-in-an-embedded-system-design
3. https://embeddedartistry.com/fieldatlas/16737/
4. https://www.researchgate.net/figure/Example-usage-of-the-DI-and-DO-Abstract-Layer-design-pattern_fig4_328166591
5. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/hardware-abstraction-layer.pdf