軟件架構入門

軟件架構（software architecture）就是軟件的基本結構。

合適的架構是軟件成功的最重要因素之一。大型軟件公司通常有專門的架構師職位（architect），只有資深程序員才可以擔任。

O'Reilly 出版過一本免費的小冊子 《Software Architecture Patterns》 （ PDF ）， 介紹了五種最常見的軟件架構，是非常好的入門讀物。我讀后受益匪淺，下面就是我的筆記。

一、分層架構

分層架構（layered architecture）是最常見的軟件架構，也是事實上的標準架構。如果你不知道要用什么架構，那就用它。

這種架構將軟件分成若干個水平層，每一層都有清晰的角色和分工，不需要知道其他層的細節。層與層之間通過接口通信。

雖然沒有明確約定，軟件一定要分成多少層，但是四層的結構最常見。

• 表現層（presentation）：用戶界面，負責視覺和用戶互動
• 業務層（business）：實現業務邏輯
• 持久層（persistence）：提供數據，SQL 語句就放在這一層
• 數據庫（database） ：保存數據

有的軟件在邏輯層和持久層之間，加了一個服務層（service），提供不同業務邏輯需要的一些通用接口。

用戶的請求將依次通過這四層的處理，不能跳過其中任何一層。

優點

• 結構簡單，容易理解和開發
• 不同技能的程序員可以分工，負責不同的層，天然適合大多數軟件公司的組織架構
• 每一層都可以獨立測試，其他層的接口通過模擬解決

缺點

• 一旦環境變化，需要代碼調整或增加功能時，通常比較麻煩和費時
• 部署比較麻煩，即使只修改一個小地方，往往需要整個軟件重新部署，不容易做持續發布
• 軟件升級時，可能需要整個服務暫停
• 擴展性差。用戶請求大量增加時，必須依次擴展每一層，由于每一層內部是耦合的，擴展會很困難

二、事件驅動架構

事件（event）是狀態發生變化時，軟件發出的通知。

事件驅動架構（event-driven architecture）就是通過事件進行通信的軟件架構。它分成四個部分。

• 事件隊列（event queue）：接收事件的入口
• 分發器（event mediator）：將不同的事件分發到不同的業務邏輯單元
• 事件通道（event channel）：分發器與處理器之間的聯系渠道
• 事件處理器（event processor）：實現業務邏輯，處理完成后會發出事件，觸發下一步操作

對于簡單的項目，事件隊列、分發器和事件通道，可以合為一體，整個軟件就分成事件代理和事件處理器兩部分。

優點

• 分布式的異步架構，事件處理器之間高度解耦，軟件的擴展性好
• 適用性廣，各種類型的項目都可以用
• 性能較好，因為事件的異步本質，軟件不易產生堵塞
• 事件處理器可以獨立地加載和卸載，容易部署

缺點

• 涉及異步編程（要考慮遠程通信、失去響應等情況），開發相對復雜
• 難以支持原子性操作，因為事件通過會涉及多個處理器，很難回滾
• 分布式和異步特性導致這個架構較難測試

三、微核架構

微核架構（microkernel architecture）又稱為"插件架構"（plug-in architecture），指的是軟件的內核相對較小，主要功能和業務邏輯都通過插件實現。

內核（core）通常只包含系統運行的最小功能。插件則是互相獨立的，插件之間的通信，應該減少到最低，避免出現互相依賴的問題。

優點

• 良好的功能延伸性（extensibility），需要什么功能，開發一個插件即可
• 功能之間是隔離的，插件可以獨立的加載和卸載，使得它比較容易部署，
• 可定制性高，適應不同的開發需要
• 可以漸進式地開發，逐步增加功能

缺點

• 擴展性（scalability）差，內核通常是一個獨立單元，不容易做成分布式
• 開發難度相對較高，因為涉及到插件與內核的通信，以及內部的插件登記機制

四、微服務架構

微服務架構（microservices architecture）是服務導向架構（service-oriented architecture，縮寫 SOA）的升級。

每一個服務就是一個獨立的部署單元（separately deployed unit）。這些單元都是分布式的，互相解耦，通過遠程通信協議（比如REST、SOAP）聯系。

微服務架構分成三種實現模式。

• RESTful API 模式：服務通過 API 提供，云服務就屬于這一類
• RESTful 應用模式：服務通過傳統的網絡協議或者應用協議提供，背后通常是一個多功能的應用程序，常見于企業內部
• 集中消息模式：采用消息代理（message broker），可以實現消息隊列、負載均衡、統一日志和異常處理，缺點是會出現單點失敗，消息代理可能要做成集群

優點

• 擴展性好，各個服務之間低耦合
• 容易部署，軟件從單一可部署單元，被拆成了多個服務，每個服務都是可部署單元
• 容易開發，每個組件都可以進行持續集成式的開發，可以做到實時部署，不間斷地升級
• 易于測試，可以單獨測試每一個服務

缺點

• 由于強調互相獨立和低耦合，服務可能會拆分得很細。這導致系統依賴大量的微服務，變得很凌亂和笨重，性能也會不佳。
• 一旦服務之間需要通信（即一個服務要用到另一個服務），整個架構就會變得復雜。典型的例子就是一些通用的 Utility 類，一種解決方案是把它們拷貝到每一個服務中去，用冗余換取架構的簡單性。
• 分布式的本質使得這種架構很難實現原子性操作，交易回滾會比較困難。

五、云架構

云結構（cloud architecture）主要解決擴展性和并發的問題，是最容易擴展的架構。

它的高擴展性，主要原因是沒使用中央數據庫，而是把數據都復制到內存中，變成可復制的內存數據單元。然后，業務處理能力封裝成一個個處理單元（prcessing unit）。訪問量增加，就新建處理單元；訪問量減少，就關閉處理單元。由于沒有中央數據庫，所以擴展性的最大瓶頸消失了。由于每個處理單元的數據都在內存里，最好要進行數據持久化。

這個模式主要分成兩部分：處理單元（processing unit）和虛擬中間件（virtualized middleware）。

• 處理單元：實現業務邏輯
• 虛擬中間件：負責通信、保持sessions、數據復制、分布式處理、處理單元的部署。

虛擬中間件又包含四個組件。

• 消息中間件 （Messaging Grid）：管理用戶請求和session，當一個請求進來以后，決定分配給哪一個處理單元。

• 數據中間件 （Data Grid）：將數據復制到每一個處理單元，即數據同步。保證某個處理單元都得到同樣的數據。

• 處理中間件 （Processing Grid）：可選，如果一個請求涉及不同類型的處理單元，該中間件負責協調處理單元

• 部署中間件 （Deployment Manager）：負責處理單元的啟動和關閉，監控負載和響應時間，當負載增加，就新啟動處理單元，負載減少，就關閉處理單元。

優點

• 高負載，高擴展性

• 動態部署

缺點

• 實現復雜，成本較高

• 主要適合網站類應用，不合適大量數據吞吐的大型數據庫應用

• 較難測試

 

來自：http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/09/software-architecture.html