Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm: Tổng Quan và Các Nguyên Tắc Cơ Bản

• Tác giả: Nguyễn Công Hoan
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Công Hoan
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Phần Mềm
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm Hiện Đại: Từ Kiến Trúc Đến Triển Khai
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về thiết kế hệ thống
• 1.1. Thiết kế trong các hệ thống nhỏ và trong các hệ thống lớn
• 1.2. Các nguyên lý thiết kế hệ thống
• 1.2.1. Scalability
• 1.2.2. Availability
• 1.2.3. Consistency
• 1.3. Các khái niệm về fault tolerance
• 1.3.1. Failure
• 1.3.2. Fault
• 1.3.2.1. Node fault
• 1.3.2.1.1. Crash-stop
• 1.3.2.1.2. Crash-recovery
• 1.3.2.1.3. Byzantine fault
• 1.3.2.2. Network fault
• 1.3.3. Fault tolerance
• 1.3.4. Single point of failure
• 1.4. Byzantine fault
• 2. CHƯƠNG 2: Load balancer
• 2.1. Load balancer
• 2.1.1. Hardware & Software
• 2.1.2. Tầng xử lý
• 2.1.3. Thuật toán
• 2.1.4. Patterns
• 2.2. Tăng availability của hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: Caching
• 3.1. Tổng quan về caching
• 3.2. Các pattern trong caching
• 3.3. Reverse proxy cache
• 3.4. Reverse proxy sidecar cache
• 3.5. Làm trống cache (Cache eviction)
• 3.6. Các pattern truy cập trong caching
• 3.7. Write-back (Write-behind)
• 4. CHƯƠNG 4: Microservices
• 4.1. Miêu tả microservice
• 4.2. Phương thức giao tiếp giữa các service
• 4.3. Khuyết điểm của microservice
• 5. CHƯƠNG 5: Service discovery & API Gateway
• 5.1. Phân loại service discovery
• 5.2. Phân loại hình thức register
• 5.3. Sử dụng service
• 5.4. Kiến trúc
• 6. CHƯƠNG 6: Distributed transactions
• 6.1. Tổng quan về transaction
• 6.2. Two-phase commit (2PC)
• 6.3. Three-phase commit (3PC)
• 6.4. So sánh Two-phase commit/Three-phase commit và Saga
• 7. CHƯƠNG 7: Consensus
• 7.1. Thuật toán Raft
• 7.1.1. Khái quát về Raft
• 7.1.2. Bầu cử leader
• 7.1.3. Hoạt động bình thường của thuật toán
• 7.1.4. Ưu và nhược điểm của Raft
• 7.2. Nhược điểm
• 8. CHƯƠNG 8: Deployment
• 8.1. Multiple instance per host
• 8.2. Once instance per host
• 8.3. Kubernetes và Helm
• 8.4. Grafana
• 9. CHƯƠNG 9: Xây dựng hệ thống với Spring Boot
• 9.1. Spring Boot Starter
• 9.2. Spring Boot mybatis-plus
• 9.3. Spring Boot spring cache
• 9.4. Giao diện trừu tượng bộ nhớ cache của Spring
• 9.5. Một số khái niệm quan trọng và các chú thích về cache
• 9.6. Spring Boot rabbitmq
• 9.7. Các tình huống ứng dụng của middleware tin nhắn
• 9.8. Xử lý bất đồng bộ
• 9.9. Phân tách ứng dụng
• 9.10. Giảm đỉnh lưu lượng
• 9.11. Tổng quan về phần mềm trung gian dịch vụ tin nhắn
• 9.12. Giới thiệu về RabbitMQ
• 9.13. Cơ chế hoạt động của RabbitMQ
• 9.14. Định tuyến tin nhắn trong AMQP
• 9.15. Loại Trao đổi
• 9.16. Spring Boot elasticsearch
• 9.17. Một số khái niệm về Elasticsearch
• 9.18. Spring Boot docker
• 9.19. Các kịch bản ứng dụng Docker
• 9.20. Spring Boot elk
• 9.21. Spring Boot Admin
• 9.22. Spring Boot apollo
• 9.23. Phân biệt giữa Apollo và Spring Cloud Config
• 9.24. Spring Boot Security, OAuth2 + API, JWT + API, OAuth2 + JWT
• 9.25. Spring Boot Security
• 9.26. Quy trình làm việc
• 9.27. Tổng quan về OAuth2
• 9.28. Spring Boot Actuator Prometheus
• 9.29. Thí nghiệm & Minh họa
• 9.30. Spring Boot Seata
• 9.31. Giới thiệu về Seata
• 9.32. Vấn đề giao dịch phân tán trong microservices
• 9.33. Spring Boot JSR303
• 9.34. Phụ bản Bean Validation nhúng các chú thích ràng buộc vào
• 9.35. Spring Boot với Eureka
• 9.36. Spring Boot với rest+ribbon
• 9.37. Spring Boot với Feign
• 9.38. Spring Boot với Hystrix Turbine and Dashboard
• 9.39. Spring Boot với Gateway
• Tài liệu tham khảo

I. Tổng quan về Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm Hiện Đại

Thiết kế hệ thống phần mềm hiện đại là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin. Nó không chỉ bao gồm việc xây dựng kiến trúc mà còn liên quan đến quy trình phát triển và triển khai. Các hệ thống phần mềm hiện đại cần phải đáp ứng được yêu cầu về khả năng mở rộng, tính sẵn sàng và khả năng chịu lỗi. Việc hiểu rõ các nguyên lý thiết kế sẽ giúp các nhà phát triển tạo ra những sản phẩm chất lượng cao.

1.1. Các nguyên lý thiết kế hệ thống phần mềm

Các nguyên lý thiết kế hệ thống phần mềm bao gồm khả năng mở rộng, tính sẵn sàng và tính nhất quán. Những nguyên lý này giúp đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường phức tạp.

1.2. Tầm quan trọng của thiết kế hệ thống

Thiết kế hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng phần mềm có thể đáp ứng nhu cầu của người dùng. Một thiết kế tốt sẽ giúp giảm thiểu lỗi và tăng cường hiệu suất.

II. Vấn đề và Thách thức trong Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm

Trong quá trình thiết kế hệ thống phần mềm, nhiều thách thức có thể phát sinh. Các vấn đề như khả năng mở rộng, tính sẵn sàng và tính nhất quán thường là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc không giải quyết tốt những vấn đề này có thể dẫn đến sự cố trong quá trình triển khai.

2.1. Khả năng mở rộng và các giải pháp

Khả năng mở rộng là một trong những thách thức lớn nhất. Các giải pháp như vertical scaling và horizontal scaling có thể được áp dụng để cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống.

2.2. Tính sẵn sàng và các phương pháp tăng cường

Tính sẵn sàng của hệ thống có thể được cải thiện thông qua các phương pháp như failover và replication. Những phương pháp này giúp đảm bảo rằng hệ thống luôn sẵn sàng phục vụ người dùng.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm Hiện Đại

Có nhiều phương pháp thiết kế hệ thống phần mềm hiện đại, bao gồm kiến trúc microservices và hệ thống phân tán. Những phương pháp này giúp tối ưu hóa quy trình phát triển và triển khai phần mềm, đồng thời cải thiện khả năng mở rộng và tính sẵn sàng.

3.1. Kiến trúc Microservices

Kiến trúc microservices cho phép phát triển các dịch vụ độc lập, giúp tăng cường khả năng mở rộng và dễ dàng bảo trì. Mỗi dịch vụ có thể được phát triển và triển khai riêng biệt.

3.2. Hệ thống phân tán và lợi ích

Hệ thống phân tán giúp phân phối tải và cải thiện tính sẵn sàng. Việc sử dụng nhiều server giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường hiệu suất của hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm

Thiết kế hệ thống phần mềm hiện đại có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Từ quản lý dữ liệu đến phát triển ứng dụng web, các nguyên lý thiết kế đều có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất và tính khả dụng.

4.1. Ứng dụng trong quản lý dữ liệu

Thiết kế hệ thống phần mềm giúp tối ưu hóa quy trình quản lý dữ liệu, từ việc lưu trữ đến truy xuất thông tin. Điều này rất quan trọng trong các hệ thống lớn.

4.2. Ứng dụng trong phát triển ứng dụng web

Các nguyên lý thiết kế hệ thống phần mềm cũng được áp dụng trong phát triển ứng dụng web, giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và tăng cường hiệu suất.

V. Kết luận và Tương Lai của Thiết Kế Hệ Thống Phần Mềm

Thiết kế hệ thống phần mềm hiện đại đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng. Tương lai của thiết kế hệ thống sẽ tiếp tục tập trung vào khả năng mở rộng, tính sẵn sàng và tính nhất quán. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy cũng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện quy trình thiết kế.

5.1. Xu hướng công nghệ trong thiết kế hệ thống

Các xu hướng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy sẽ ảnh hưởng đến cách thiết kế hệ thống phần mềm, giúp tối ưu hóa quy trình và cải thiện hiệu suất.

5.2. Tương lai của thiết kế hệ thống phần mềm

Tương lai của thiết kế hệ thống phần mềm sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ mới, giúp nâng cao khả năng mở rộng và tính sẵn sàng của hệ thống.