模式的经典定义:每个模式都描述了一个在我们的环境中不断出现的问题,然后描述了该问题的解决方案的核心,通过这种方式,我们可以无数次地重用那些已有的解决方案,无需再重复相同的工作。即模式是在特定环境中解决问题的一种方案 。
什么是架构模式?在维基百科:架构模式是针对特定软件架构场景常见问题的通用、可重用解决方案。架构模式类似于软件设计模式,但范围更广。
架构的本质是管理复杂性。如果你觉得架构不重要,可能是你做的事情不够复杂,或者是你没有管理好复杂性。架构模式虽多,经过抽象沉淀之后,也就那么几种,O'Reilly 出版过一本免费的小册子《Software Architecture Patterns》, 介绍了五种最常见的软件架构,是非常好的入门读物:
1. 分层架构(比较传统的单体架构)
2. 微服务架构(服务分割:当前比较流行的服务化架构,解决单体架构面临的问题,适合敏捷开发,快速迭代)
3. 微核架构(又称插件架构,开发难度较高,一般用来做工具软件开发,如Eclipse,不太适合分布式业务场景)
4. 事件驱动架构 (一般适用于应用局部场景,用来实现异步解耦)
5. 云架构(现在的说法是云原生架构-Cloud Native,基于Docker、Kubernetes、Service Mesh 云原生架构)
分层架构(layered architecture)是最常见的软件架构,也是事实上的标准架构。如果你不知道要用什么架构,那就用它。
分层:对模型中同一抽象层次上的包进行分组的一种特定方式。通过分层,从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层,可以限制子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于维护。(层是对构架的横向划分,分区是对构架的纵向划分)。
层(layer)这个概念在计算机领域是非常NB的一个概念。计算机领域处处体现层的概念:计算机本身:(系统调用层、设备驱动层、操作系统层、CPU指令集,每个层都负责自己的职责。网络5层模型:(物理层、链路层、网络层、传输层、应用层)。
层到了软件领域也一样好用。为什么呢?我们看看使用层技术有什么好处:
● 你使用层,但是不需要去了解层的实现细节。
● 可以使用另一种技术来改变基础的层,而不会影响上面的层的应用。
● 可以减少不同层之间的依赖。
● 容易制定出层标准。
● 底下的层可以用来建立顶上的层的多项服务。
当然,层也有弱点:
● 层不可能封装所有的功能,一旦有功能变动,势必要波及所有的层。
● 效率降低。
当然,层最难的一个问题还是各个层都有些什么,以及要承担何种责任。最常见的架构模式,将系统在横向维度上切分成几个部分,每个部分单一职责。通过分层:
1、从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。
2、可以限制子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于维护。
这种架构将软件分成若干个水平层,每一层都有清晰的角色和分工,不需要知道其他层的细节。层与层之间通过接口通信。
虽然没有明确约定,软件一定要分成多少层,网站一般分为三个层次:应用层、服务层和数据层,其具体结构如下图所示:
通过分层,一个庞大系统切分成不同部分,便于分工合作和维护。
应用层:主要负责具体的业务逻辑处理
服务层:提供可复用的服务
数据层:负责数据的存储和访问
但是,分层架构也有一些挑战:①必须合理规划层次边界和接口;②禁止跨层次的调用及逆向调用。
有的软件在逻辑层(business)和持久层(persistence)之间,加了一个服务层(service),提供不同业务逻辑需要的一些通用接口。
用户的请求将依次通过这四层的处理,不能跳过其中任何一层。
优点
缺点
微服务架构(microservices architecture)是服务导向架构(service-oriented architecture,缩写 SOA)的升级。
每一个服务就是一个独立的部署单元(separately deployed unit)。这些单元都是分布式的,互相解耦,通过远程通信协议(比如REST、SOAP)联系。
微服务架构本质就是单体应用进行功能分割,形成分布式部署。
分层是横向逻辑分层,分割是分割是在纵向方面对软件进行切分,将不同的功能和服务分割开来,包装成高内聚低耦合的模块单元,有助于软件开发和维护,还便于不同模块的分布式部署,提高网站的并发处理能力和功能扩展能力。
现在开源的微服务框架比较多,如常用的有Spring Cloud、Dubbo、ServiceComb等等。
优点
缺点
分布式应用和服务:应用和服务模块分布式部署,便于业务功能扩展;
分布式静态资源:JS、CSS、LOGO图片等资源独立部署,采用独立域名->动静分离;
分布式数据和存储:传统RDBMS分布式部署和NoSQL产品;
分布式计算:类似Hadoop及其MapReduce分布式计算框架,其特点是移动计算而不是移动数据。
微核架构(microkernel architecture)又称为"插件架构"(plug-in architecture),指的是软件的内核相对较小,主要功能和业务逻辑都通过插件实现。
内核(core)通常只包含系统运行的最小功能。插件则是互相独立的,插件之间的通信,应该减少到最低,避免出现互相依赖的问题。
优点
缺点
微核架构的设计和开发难度较高,这就注定它在企业产品中用得不多,虽然它的优点还不少。
事件(event)是状态发生变化时,软件发出的通知。
事件驱动架构(event-driven architecture)就是通过事件进行通信的软件架构。它分成四个部分。
事件驱动架构(event-driven architecture)核心组件:
对于简单的项目,事件队列、分发器和事件通道,可以合为一体,整个软件就分成事件代理和事件处理器两部分。
事件驱动典型就是消息队列的生产者消费者模式,两者不存在直接调用,只要保持数据结构不变,彼此功能实现可以随意变化而不互相影响,这对网站扩展新功能非常便利。
业务之间的消息传递不是同步调用,而是将一个业务操作分成多个阶段,每个阶段之间通过共享数据的方式异步执行进行协作。
优点
缺点
事件驱动架构在通信产品中应用得也非常广泛,典型的如状态机处理。事件驱动架构不适于做顶层架构,但适合做局部实现,几乎遍布在通信软件的各个角落。
云架构(cloud architecture,现在的说法是云原生-Cloud Native)主要解决扩展性和并发的问题,是最容易扩展的架构。
它的高扩展性,主要原因是可以基于云上计算资源弹性伸缩。然后,业务处理能力封装成一个个处理单元(prcessing unit)。访问量增加,就新建处理单元(Docker容器);访问量减少,就关闭处理单元(Docker容器)。由于没有中央数据库,所以扩展性的最大瓶颈消失了。由于每个处理单元的数据都独立分库。
这个模式主要分成两部分:处理单元(processing unit)和虚拟中间件(virtualized middleware)。
虚拟中间件又包含四个组件:
随着Docker、Kubernetes等容器化技术的快速发展,上述关于云架构描述有点陈旧了。当前最新的云原生架构,以Docker+Kubernetes为核心,尤其是容器编排Kubernetes 已经成为事实上的行业标准。
云原生架构图的主要特征:
主要目标:
1. 让开发人员聚焦业务逻辑的实现,其他交给容器云平台来完成;
2. 支持业务系统的快速迭代,支撑业务的快速变化和发展;
3. 构建以共享服务体系为核心的业务中台;
下面是小编针对某新零售企业设计的云原生架构图,以云和微服务架构为基础构建云原生应用,这里云可以是公有云、私有云、混合云等等。
以上是从不同的视角,对架构进行了分类。实际应用中,各种架构并不是孤立的,可以根据业务环境和业务诉求,对各种架构进行综合和嫁接。每种架构都有其优点和缺点。优点不必多说,缺点则几乎都是通过工具工程(比如自动化发布工具、自动化测试等等)能力的方法来规避,工具工程对软件架构非常重要。
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