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五種常見軟件架構

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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麽架構,那就用它。

這種架構將軟件分成若幹個水平層,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。

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  • 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。

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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,由於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。

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  • 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,處理完成後會發出事件,觸發下一步操作

對於簡單的項目,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。

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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。

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優點

  • 良好的功能延伸性(extensibility),需要什麽功能,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。

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微服務架構分成三種實現模式。

  • RESTful API 模式:服務通過 API 提供,雲服務就屬於這一類
  • RESTful 應用模式:服務通過傳統的網絡協議或者應用協議提供,背後通常是一個多功能的應用程序,常見於企業內部
  • 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、統一日誌和異常處理,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
  • 易於測試,可以單獨測試每一個服務

缺點

  • 由於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,變得很淩亂和笨重,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、雲架構

雲結構(cloud architecture)主要解決擴展性和並發的問題,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。然後,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。由於沒有中央數據庫,所以擴展性的最大瓶頸消失了。由於每個處理單元的數據都在內存裏,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。

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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,當一個請求進來以後,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

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

對javaer來說,分層架構的實例很多;事件驅動架構最經典的就是Netty,還有Spring mvc;插件架構最經典的就是eclipse,還有Shiro;微服務架構可以了解一下Spring boot和Spring cloud,國內的dubbo也很流行;雲架構估計只有大公司才有。

五種常見軟件架構