AlphaPulse Backend Architecture
Table of Contents
- Overview
- System Components
- Data Flow
- Database Architecture
- Exchange Integration
- Error Handling Patterns
- Concurrency Model
- API Endpoints
- Security Considerations
- Monitoring and Logging
Overview
The AlphaPulse backend is a robust, event-driven system designed to handle real-time financial data processing, portfolio management, and trading operations. It employs a modular architecture with several key components working together to provide a reliable and scalable platform.
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ AlphaPulse Backend │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ FastAPI │◄───┤ Business │◄───┤ Data Pipeline │ │
│ │ Endpoints │ │ Logic │ │ (Exchange Integration) │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └──────┬──────┘ └──────┬──────┘ └─────────────┬───────────┘ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ WebSocket │ │ Database │ │ Alerting System │ │
│ │ Server │ │ Layer │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
System Components
The backend consists of several key components, each with specific responsibilities:
1. FastAPI Application
The main entry point for the system, handling HTTP requests and WebSocket connections.
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ FastAPI Application │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ REST API │ │ WebSocket │ │ Authentication │ │
│ │ Endpoints │ │ Server │ │ & Authorization│ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Middleware │ │ Exception │ │ Dependency │ │
│ │ Stack │ │ Handlers │ │ Injection │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
2. Data Pipeline
Responsible for fetching, processing, and storing data from various exchanges.
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Data Pipeline │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Exchange Data Synchronizer │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Balances │ │ Positions │ │ Orders │ │ │
│ │ │ Sync │ │ Sync │ │ Sync │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────┘ │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Prices │ │ Status │ │ │
│ │ │ Sync │ │ Tracking │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Data Processors │ │ Feature Engineering │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
3. Database Layer
Manages data persistence and retrieval operations.
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Database Layer │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Connection Pool │ │ Query Builders │ │
│ │ Management │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Repository Pattern │ │ Migration Management │ │
│ │ Implementation │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ Database Adapters (PostgreSQL, SQLite) │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
4. Exchange Integration
Connects to various cryptocurrency exchanges to fetch and execute trading operations.
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│ Exchange Integration │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Exchange Factory │ │ Credential Management │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Exchange Implementations │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Binance │ │ Bybit │ │ Others │ │ │
│ │ │ Adapter │ │ Adapter │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ CCXT Library Integration │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
5. Alerting System
Monitors market conditions and portfolio performance to generate alerts.
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Alerting System │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Alert Manager │ │ Alert Conditions │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Notification Channels │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Web │ │ Email │ │ Others │ │ │
│ │ │ Notifications│ │ Alerts │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
Data Flow
The following diagram illustrates the data flow through the system:
┌──────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐
│ │ │ │ │ │ │ │
│ Exchanges │────►│ Data Pipeline │────►│ Database │────►│ API Endpoints │
│ (External) │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
└──────────────┘ └───────┬───────┘ └───────────────┘ └───────┬───────┘
│ │
│ │
▼ ▼
┌───────────────┐ ┌───────────────┐
│ │ │ │
│ Feature │ │ WebSocket │
│ Engineering │ │ Server │
│ │ │ │
└───────┬───────┘ └───────┬───────┘
│ │
│ │
▼ ▼
┌───────────────┐ ┌───────────────┐
│ │ │ │
│ Alerting │ │ Frontend │
│ System │ │ Clients │
│ │ │ │
└───────────────┘ └───────────────┘
Database Architecture
The system uses a flexible database architecture that supports both PostgreSQL and SQLite:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Database Schema │
│ │
│ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Exchange Cache │ │ Portfolio Data │ │ User Settings │ │
│ │ Tables │ │ Tables │ │ Tables │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Alert │ │ Historical │ │ System │ │
│ │ Configuration │ │ Data │ │ Metadata │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Connection Management
The system uses a connection pool to efficiently manage database connections:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Database Connection Flow │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Application │────►│ Connection │────►│ Connection │────►│ Database │ │
│ │ Request │ │ Manager │ │ Pool │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └───────────┘ │
│ ▲ │ │
│ │ │ │
│ └───────────────────┘ │
│ Connection Return │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Exchange Integration
The exchange integration uses a factory pattern and adapter pattern to support multiple exchanges:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Exchange Integration Flow │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Application │────►│ Exchange │────►│ Exchange │────►│ External │ │
│ │ Request │ │ Factory │ │ Adapter │ │ Exchange │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ API │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └───────────┘ │
│ │ ▲ │
│ │ │ │
│ ▼ │ │
│ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │
│ │ Credentials │────────────┘ │
│ │ Manager │ │
│ │ │ │
│ └─────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Error Handling Patterns
The system implements robust error handling patterns to ensure reliability:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Error Handling Patterns │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Graceful Degradation │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Try Primary │────►│ Error │────►│ Fallback │ │ │
│ │ │ Operation │ │ Detection │ │ Mechanism │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Event Loop Error Handling │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Asyncio │────►│ Loop │────►│ Thread-safe │ │ │
│ │ │ Operation │ │ Detection │ │ Alternative │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Concurrency Model
The system uses a hybrid concurrency model combining asyncio and threading:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Concurrency Model │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Main Application (Asyncio) │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ FastAPI │ │ Database │ │ WebSocket │ │ │
│ │ │ Endpoints │ │ Operations │ │ Handlers │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Background Workers (Threading) │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ Exchange │ │ Data │ │ Alert │ │ │
│ │ │ Synchronizer│ │ Processing │ │ Monitoring │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Thread-Asyncio Interaction
The system implements special handling for the interaction between threads and asyncio:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Thread-Asyncio Interaction │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Main │ │ Background │ │
│ │ Event Loop │ │ Thread │ │
│ │ │ │ │ │
│ └──────┬──────┘ └──────┬──────┘ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ ▼ │
│ │ ┌─────────────┐ │
│ │ │ │ │
│ │ │ Thread │ │
│ │ │ Event Loop │ │
│ │ │ │ │
│ │ └──────┬──────┘ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │
│ └────────────────►│ Error │◄───────────────────┘ │
│ │ Handler │ │
│ │ │ │
│ └──────┬──────┘ │
│ │ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ Fallback to │ │
│ │ Thread-safe │ │
│ │ Operations │ │
│ │ │ │
│ └─────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
API Endpoints
The system exposes several API endpoints for different functionalities:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ API Endpoints │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ /api/portfolio │ │ /api/exchange │ │ /api/alerts │ │
│ │ - GET /summary │ │ - GET /balance │ │ - GET /list │ │
│ │ - GET /positions │ │ - GET /orders │ │ - POST /create │ │
│ │ - POST /rebalance │ │ - POST /order │ │ - PUT /update │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ /api/market │ │ /api/user │ │ /api/system │ │
│ │ - GET /prices │ │ - GET /profile │ │ - GET /status │ │
│ │ - GET /history │ │ - PUT /settings│ │ - GET /metrics │ │
│ │ - GET /indicators │ │ - POST /login │ │ - POST /restart │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Security Considerations
The system implements several security measures:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Security Measures │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Authentication │ │ Authorization │ │ API Key │ │
│ │ - JWT Tokens │ │ - Role-based │ │ Management │ │
│ │ - Session Mgmt │ │ - Scopes │ │ - Secure Storage │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Input Validation │ │ Rate Limiting │ │ Secure Defaults │ │
│ │ - Schema Validation│ │ - Per-endpoint │ │ - Least Privilege │ │
│ │ - Sanitization │ │ - IP-based │ │ - Secure Configs │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Monitoring and Logging
The system implements comprehensive monitoring and logging:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Monitoring and Logging │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Structured Logging │ │ Performance │ │ Error Tracking │ │
│ │ - Loguru │ │ Metrics │ │ - Exception │ │
│ │ - Log Levels │ │ - Prometheus │ │ Handling │ │
│ │ - Contextual Info │ │ - Custom │ │ - Root Cause │ │
│ │ │ │ Metrics │ │ Analysis │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Health Checks │ │ Alerting │ │ Audit Logging │ │
│ │ - API Endpoints │ │ - Thresholds │ │ - Security Events │ │
│ │ - Database │ │ - Notifications│ │ - System Changes │ │
│ │ - External Services│ │ - Escalation │ │ - User Actions │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────┘ └─────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Detailed Component Interactions
Exchange Data Synchronization Flow
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Exchange Data Synchronization Flow │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Scheduler │────►│ Exchange │────►│ Data │────►│ Database │ │
│ │ Trigger │ │ API Client │ │ Processor │ │ Storage │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └───────────┘ │
│ │ ▲ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────►│ Status │──────────────────────┘ │
│ │ Tracking │ │
│ │ │ │
│ └─────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Error Handling in Exchange Synchronizer
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Error Handling in Exchange Synchronizer │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Operation │────►│ Try-Except │────►│ Error │────►│ Fallback │ │
│ │ Request │ │ Block │ │ Classification│ │ Strategy │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └───────────┘ │
│ │ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Logging & │ │ Status │ │
│ │ Monitoring │ │ Update │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Database Connection Management
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Database Connection Management │
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌───────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Connection │────►│ Connection │────►│ Query │────►│ Result │ │
│ │ Request │ │ Pool │ │ Execution │ │ Processing│ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └───────────┘ │
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│ ▼ │ │ │
│ ┌─────────────┐ │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ Connection │◄───────────┘ │ │
│ │ Release │ │ │
│ │ │ │ │
│ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ ▼ │ │
│ ┌─────────────┐ │ │
│ │ │ │ │
│ │ Error │◄──────────────────────────────┘ │
│ │ Handling │ │
│ │ │ │
│ └─────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Conclusion
The AlphaPulse backend architecture is designed with modularity, scalability, and reliability in mind. The system employs modern design patterns and error handling strategies to ensure robust operation even in the face of external service failures or unexpected conditions.
Key architectural decisions include:
- Modular Design: Clear separation of concerns between components
- Flexible Database Support: Support for both PostgreSQL and SQLite
- Robust Error Handling: Graceful degradation and comprehensive error recovery
- Hybrid Concurrency Model: Combining asyncio and threading for optimal performance
- Comprehensive Monitoring: Detailed logging and metrics collection
These design choices enable the system to handle real-time financial data processing while maintaining high availability and performance.