導讀

本文一文總結軟體架構設計常用概念、原則與思想，包括面向物件六大原則，DID原則，ACID、CAP、BASE理論，中間層思想，快取思想等。

面向物件設計六大原則

一 單一職責原則(SRP)：

定義是就一個類而言，應該僅有一個引起他變化的原因。也就是說一個類應該只負責一件事情；

二 開閉原則(OCP)：

定義是軟體中的物件(類，模組，函式等)應該對於擴充套件是開放的，但是對於修改是關閉的；當需求發生改變的時候，我們需要對程式碼進行修改，這個時候我們應該儘量去擴充套件原來的程式碼，而不是去修改原來的程式碼，因為這樣可能會引起更多的問題；

三 里氏替換原則(LSP)：

所有引用基類的地方必須能夠透明地使用其子類的物件；子類可以去擴充套件父類的功能，但是不能改變父類原有的功能，它包含以下幾層意思： 1.子類可以實現父類的抽象方法，但是不能覆蓋父類的非抽象方法； 2.子類可以增加自己獨有的方法； 3.當子類的方法過載父類的方法時候，方法的形參要比父類的方法的輸入引數更加寬鬆； 4.當子類的方法實現父類的抽象方法時，方法的返回值要比父類更嚴格；

四 依賴倒置原則(DIP)：

高層模組不應該依賴底層模組，兩個都應該依賴抽象；抽象不應該依賴細節，細節應該依賴抽象；定義有點繞，說白了，就是要針對介面程式設計，而不是對實現程式設計；(抽象指的是介面或者抽象類，兩者皆不能例項化；而細節就是實現類，也就是實現了介面或者繼承了抽象類的類，它是可以被例項化的；高層模組指的是呼叫端，底層模組是具體的實現類，在java中，依賴倒置原則是指模組間的依賴是通過抽象來發生的，實現類之間不發生直接的依賴關係，其依賴關係是通過介面來實現的，這就是通俗的面向介面程式設計)

五 介面隔離原則(ISP)：

客戶端不應該依賴他不需要的介面；

六 迪米特原則(LOD)：

一個物件應該對其他物件保持最小的瞭解；

Robert C Martin在21世紀早期將單一職責，開閉原則，里氏替換，介面隔離和依賴倒置5個原則定義為SOLID原則。

DID原則

Design(D)設計20倍的容量；Implement(I)實施3倍的容量；Deploy（D）部署1.5倍的容量。 DID為產品擴充套件提供了經濟，有效，及時的方法。

中間層思想

計算機系統軟體體系結構採用一種層的結構，有人說過一句名言：

Any problem in computer science can be solved by another layer of indirection. （電腦科學領域的任何問題都可以通過增加一個間接的中間層來解決。）

這句話幾乎概括了計算機系統軟體體系結構的設計要點，整個體系結構從上到下都是按照嚴格的層次結構設計的，不僅是計算機系統軟體整個體系是這樣的，體系裡面的每個元件比如OS本身，很多應用程式、軟體系統甚至很多硬體結構都是按照這種層次的結構組織和設計的。 縱觀計算機體系，中間層思想無處不在，比如

• MVC三層架構
• 四層/七層網路模型
• 新增快取層提升系統性能
• ……

快取思想

世界是相似的，在商業的世界中，有一句經典語錄叫 “現金為王”。在網際網路乃至整個軟體技術世界中，與之對應的一個說法就是 “快取為王”。 縱觀整個系統，快取無處不在。

CPU快取

由於CPU的運算速度要比記憶體讀寫速度快很多，CPU總有等待資料的時候，而快取記憶體則解決了CPU運算速度與記憶體讀寫速度不匹配的矛盾。當CPU呼叫資料時，先從快取中呼叫，從而加快讀取速度。而且，CPU是有多級快取的。

瀏覽器快取

前端頁面快取有兩層含義，一個是頁面自身對某些頁面元素或全部元素進行快取，另一層意思是服務端將靜態頁面或動態頁面的元素進行快取，然後給客戶端使用。這裡的頁面快取指的是頁面自身的快取或者離線應用快取。 HTML5 支援了離線快取和本地儲存，使用這種特性可以很方便的建立頁面應用。

網路中的快取

• CDN快取
• 反向代理快取

服務端快取

• 記憶體級快取
• 分散式快取

資料庫快取

拿mysql來說。mysql使用查詢緩衝機制。將select語句和結果存在緩衝區。下次遇到相同select就直接從緩衝區拿資料。

ACID(酸)

ACID，指資料庫事務正確執行的四個基本要素的縮寫。資料庫必須同時滿足ACID支援強一致性，ACID指如下內容:

A:原子性（Atomicity）

原子性是指事務是一個不可分割的工作單位，事務中的操作要麼都發生，要麼都不發生。

C:一致性（Consistency）

事務前後資料的完整性必須保持一致。

I:隔離性（Isolation）

事務的隔離性是多個使用者併發訪問資料庫時，資料庫為每一個使用者開啟的事務，不能被其他事務的操作資料所幹擾，多個併發事務之間要相互隔離。

D:永續性（Durability）

永續性是指一個事務一旦被提交，它對資料庫中資料的改變就是永久性的，接下來即使資料庫發生故障也不應該對其有任何影響

CAP（帽子原理）

CAP原則又稱CAP定理，指的是在一個分散式系統中，CAP三個要素最多隻能同時實現兩點，不可能三者兼顧。 CAP分別是指

C:一致性（Consistency）

所有節點在同一時間的資料完全一致，這裡的一致性指的是強一致性

A:可用性（Availability）

對於一個可用性的分散式系統，每一個非故障的節點必須對每一個請求作出響應。通常我們用幾個9來描述可用性，比如5個9的可用性意思為可用水平是99.999%，即全年停機時間不超過 (1-0.99999)36524*60 = 5.256 min。

P:分割槽容錯性（Partition tolerance）

分割槽容錯性指分散式系統在遇到某節點或網路分割槽故障的時候，仍然能夠對外提供滿足一致性和可用性的服務。比如現在的分散式系統中有某一個或者幾個機器宕掉了，其他剩下的機器還能夠正常運轉滿足系統需求。

BASE（鹼）

eBay的架構師Dan Pritchett源於對大規模分散式系統的實踐總結，在ACM上發表文章提出BASE理論，BASE理論是對CAP理論的延伸，核心思想是即使無法做到強一致性（Strong Consistency，CAP的一致性就是強一致性），但應用可以採用適合的方式達到最終一致性（Eventual Consitency）。

BA:基本可用(Basically Available)

基本可用是指分散式系統在出現故障的時候，允許損失部分可用性，即保證核心可用。 電商大促時，為了應對訪問量激增，部分使用者可能會被引導到降級頁面，服務層也可能只提供降級服務。這就是損失部分可用性的體現。

S:軟狀態(Soft state)

軟狀態是指允許系統存在中間狀態，而該中間狀態不會影響系統整體可用性。分散式儲存中一般一份資料至少會有三個副本，允許不同節點間副本同步的延時就是軟狀態的體現。mysql replication的非同步複製也是一種體現。

E:最終一致(Eventually consistent)

最終一致性是指系統中的所有資料副本經過一定時間後，最終能夠達到一致的狀態。弱一致性和強一致性相反，最終一致性是弱一致性的一種特殊情況。

酸鹼平衡理論

ACID是傳統資料庫常用的設計理念，追求強一致性模型。BASE支援的是大型分散式系統，提出通過犧牲強一致性獲得高可用性。 ACID和BASE代表了兩種截然相反的設計哲學，基於根據ACID與BASE提出了酸鹼平衡理論，即在不同場景下，分別使用ACID與BASE解決分散式一致性問題。

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