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一. 什么是架構(gòu)和架構(gòu)本質(zhì)
在軟件行業(yè),對于什么是架構(gòu),都有很多的爭論,每個人都有自己的理解。此君說的架構(gòu)和彼君理解的架構(gòu)未必是一回事。因此我們在討論架構(gòu)之前,我們先討論架構(gòu)的概念定義,概念是人認(rèn)識這個世界的基礎(chǔ),并用來溝通的手段,如果對架構(gòu)概念理解不一樣,那溝通起來自然不順暢。
Linux有架構(gòu),MySQL有架構(gòu),JVM也有架構(gòu),使用Java開發(fā)、MySQL存儲、跑在Linux上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)也有架構(gòu),應(yīng)該關(guān)注哪一個?想要清楚以上問題需要梳理幾個有關(guān)系又相似的概念:系統(tǒng)與子系統(tǒng)、模塊與組建、框架與架構(gòu):
1.1. 系統(tǒng)與子系統(tǒng)
系統(tǒng):泛指由一群有關(guān)聯(lián)的個體組成,根據(jù)某種規(guī)則運(yùn)作,能完成個別元件不能獨(dú)立完成的工作能力的群體。
子系統(tǒng):也是由一群關(guān)聯(lián)的個體組成的系統(tǒng),多半是在更大的系統(tǒng)中的一部分。
1.2. 模塊與組件
都是系統(tǒng)的組成部分,從不同角度拆分系統(tǒng)而已。模塊是邏輯單元,組件是物理單元。
模塊就是從邏輯上將系統(tǒng)分解, 即分而治之, 將復(fù)雜問題簡單化。模塊的粒度可大可小, 可以是系統(tǒng),幾個子系統(tǒng)、某個服務(wù),函數(shù), 類,方法、 功能塊等等。
組件可以包括應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、物理機(jī)、還可以包括MQ、容器、Nginx等技術(shù)組件。
1.3. 框架與架構(gòu)
框架是組件實(shí)現(xiàn)的規(guī)范,例如:MVC、MVP、MVVM等,是提供基礎(chǔ)功能的產(chǎn)品,例如開源框架:Ruby on Rails、Spring、Laravel、Django等,這是可以拿來直接使用或者在此基礎(chǔ)上二次開發(fā)。
框架是規(guī)范,架構(gòu)是結(jié)構(gòu)。
我在這重新定義架構(gòu):軟件架構(gòu)指軟件系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)。
架構(gòu)是經(jīng)過系統(tǒng)性地思考, 權(quán)衡利弊之后在現(xiàn)有資源約束下的最合理決策, 最終明確的系統(tǒng)骨架: 包括子系統(tǒng), 模塊, 組件. 以及他們之間協(xié)作關(guān)系, 約束規(guī)范, 指導(dǎo)原則.并由它來指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)中的每個人思想層面上的一致。涉及四方面:
因此架構(gòu)師具備能力:理解業(yè)務(wù),全局把控,選擇合適技術(shù),解決關(guān)鍵問題、指導(dǎo)研發(fā)落地實(shí)施。
架構(gòu)的本質(zhì)就是對系統(tǒng)進(jìn)行有序化地重構(gòu)以致符合當(dāng)前業(yè)務(wù)的發(fā)展,并可以快速擴(kuò)展。
那什么樣的系統(tǒng)要考慮做架構(gòu)設(shè)計 技術(shù)不會平白無故的出和自驅(qū)動發(fā)展起來,而架構(gòu)的發(fā)展和需求是基于業(yè)務(wù)的驅(qū)動。
架構(gòu)設(shè)計完全是為了業(yè)務(wù),
二. 架構(gòu)分層和分類
架構(gòu)分類可細(xì)分為業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu), 代碼架構(gòu), 部署架構(gòu)
業(yè)務(wù)架構(gòu)是戰(zhàn)略,應(yīng)用架構(gòu)是戰(zhàn)術(shù),技術(shù)架構(gòu)是裝備。其中應(yīng)用架構(gòu)承上啟下,一方面承接業(yè)務(wù)架構(gòu)的落地,另一方面影響技術(shù)選型。
熟悉業(yè)務(wù),形成業(yè)務(wù)架構(gòu),根據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu),做出相應(yīng)的應(yīng)用架構(gòu),最后技術(shù)架構(gòu)落地實(shí)施。
如何針對當(dāng)前需求,選擇合適的應(yīng)用架構(gòu),如何面向未來,保證架構(gòu)平滑過渡,這個是軟件開發(fā)者,特別是架構(gòu)師,都需要深入思考的問題。
2.1. 業(yè)務(wù)架構(gòu)(俯視架構(gòu)):
包括業(yè)務(wù)規(guī)劃,業(yè)務(wù)模塊、業(yè)務(wù)流程,對整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行拆分,對領(lǐng)域模型進(jìn)行設(shè)計,把現(xiàn)實(shí)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化成抽象對象。
沒有最優(yōu)的架構(gòu),只有最合適的架構(gòu),一切系統(tǒng)設(shè)計原則都要以解決業(yè)務(wù)問題為最終目標(biāo),脫離實(shí)際業(yè)務(wù)的技術(shù)情懷架構(gòu)往往會給系統(tǒng)帶入大坑,任何不基于業(yè)務(wù)做異想天開的架構(gòu)都是耍流氓。
所有問題的前提要搞清楚我們今天面臨的業(yè)務(wù)量有多大,增長走勢是什么樣,而且解決高并發(fā)的過程,一定是一個循序漸進(jìn)逐步的過程。合理的架構(gòu)能夠提前預(yù)見業(yè)務(wù)發(fā)展1~2年為宜。這樣可以付出較為合理的代價換來真正達(dá)到技術(shù)引領(lǐng)業(yè)務(wù)成長的效果。
看看京東業(yè)務(wù)架構(gòu)(網(wǎng)上分享圖):
2.2. 應(yīng)用架構(gòu)(剖面架構(gòu),也叫邏輯架構(gòu)圖):
硬件到應(yīng)用的抽象,包括抽象層和編程接口。應(yīng)用架構(gòu)和業(yè)務(wù)架構(gòu)是相輔相成的關(guān)系。業(yè)務(wù)架構(gòu)的每一部分都有應(yīng)用架構(gòu)。
類似:
應(yīng)用架構(gòu):應(yīng)用作為獨(dú)立可部署的單元,為系統(tǒng)劃分了明確的邊界,深刻影響系統(tǒng)功能組織、代碼開發(fā)、部署和運(yùn)維等各方面. 應(yīng)用架構(gòu)定義系統(tǒng)有哪些應(yīng)用、以及應(yīng)用之間如何分工和合作。這里所謂應(yīng)用就是各個邏輯模塊或者子系統(tǒng)。
應(yīng)用架構(gòu)圖關(guān)鍵有2點(diǎn):
①. 職責(zé)劃分: 明確應(yīng)用(各個邏輯模塊或者子系統(tǒng))邊界
②. 職責(zé)之間的協(xié)作:
應(yīng)用分層有兩種方式:
應(yīng)用的合反映應(yīng)用之間如何協(xié)作,共同完成復(fù)雜的業(yè)務(wù)case,主要體現(xiàn)在應(yīng)用之間的通訊機(jī)制和數(shù)據(jù)格式,通訊機(jī)制可以是同步調(diào)用/異步消息/共享DB訪問等,數(shù)據(jù)格式可以是文本/XML/JSON/二進(jìn)制等。
應(yīng)用的分偏向于業(yè)務(wù),反映業(yè)務(wù)架構(gòu),應(yīng)用的合偏向于技術(shù),影響技術(shù)架構(gòu)。分降低了業(yè)務(wù)復(fù)雜度,系統(tǒng)更有序,合增加了技術(shù)復(fù)雜度,系統(tǒng)更無序。
應(yīng)用架構(gòu)的本質(zhì)是通過系統(tǒng)拆分,平衡業(yè)務(wù)和技術(shù)復(fù)雜性,保證系統(tǒng)形散神不散。
系統(tǒng)采用什么樣的應(yīng)用架構(gòu),受業(yè)務(wù)復(fù)雜性影響,包括企業(yè)發(fā)展階段和業(yè)務(wù)特點(diǎn);同時受技術(shù)復(fù)雜性影響,包括IT技術(shù)發(fā)展階段和內(nèi)部技術(shù)人員水平。業(yè)務(wù)復(fù)雜性(包括業(yè)務(wù)量大)必然帶來技術(shù)復(fù)雜性,應(yīng)用架構(gòu)目標(biāo)是解決業(yè)務(wù)復(fù)雜性的同時,避免技術(shù)太復(fù)雜,確保業(yè)務(wù)架構(gòu)落地。
2.3. 數(shù)據(jù)架構(gòu)
數(shù)據(jù)架構(gòu)指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計. 不僅僅要考慮開發(fā)中涉及到的數(shù)據(jù)庫,實(shí)體模型,也要考慮物理架構(gòu)中數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計。
2.4. 代碼架構(gòu)(也叫開發(fā)架構(gòu)):
子系統(tǒng)代碼架構(gòu)主要為開發(fā)人員提供切實(shí)可行的指導(dǎo),如果代碼架構(gòu)設(shè)計不足,就會造成影響全局的架構(gòu)設(shè)計。比如公司內(nèi)不同的開發(fā)團(tuán)隊(duì)使用不同的技術(shù)棧或者組件,結(jié)果公司整體架構(gòu)設(shè)計就會失控。
代碼架構(gòu)主要定義:
①. 代碼單元:
②. 代碼單元組織:
2.5. 技術(shù)架構(gòu)
技術(shù)架構(gòu):確定組成應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行組件(lvs,nginx,tomcat,php-fpm等),這些運(yùn)行組件之間的關(guān)系,以及部署到硬件的策略。
技術(shù)架構(gòu)主要考慮系統(tǒng)的非功能性特征,對系統(tǒng)的高可用、高性能、擴(kuò)展、安全、伸縮性、簡潔等做系統(tǒng)級的把握。
系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計要求架構(gòu)師具備軟件和硬件的功能和性能的過硬知識,這也是架構(gòu)設(shè)計工作中最為困難的工作。
2.6. 部署拓?fù)浼軜?gòu)圖(實(shí)際物理架構(gòu)圖):
拓?fù)浼軜?gòu),包括架構(gòu)部署了幾個節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系,服務(wù)器的高可用,網(wǎng)路接口和協(xié)議等,決定了應(yīng)用如何運(yùn)行,運(yùn)行的性能,可維護(hù)性,可擴(kuò)展性,是所有架構(gòu)的基礎(chǔ)。這個圖主要是運(yùn)維工程師主要關(guān)注的對象。
物理架構(gòu)主要考慮硬件選擇和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),軟件到硬件的映射,軟硬件的相互影響。
三. 架構(gòu)級別
我們使用金字塔的架構(gòu)級別來說明,上層級別包含下層:
戰(zhàn)略設(shè)計與戰(zhàn)術(shù)設(shè)計
基于架構(gòu)金字塔,我們有了系統(tǒng)架構(gòu)的戰(zhàn)略設(shè)計與戰(zhàn)術(shù)設(shè)計的完美結(jié)合:
四. 應(yīng)用架構(gòu)演進(jìn)
業(yè)務(wù)架構(gòu)是生產(chǎn)力,應(yīng)用架構(gòu)是生產(chǎn)關(guān)系,技術(shù)架構(gòu)是生產(chǎn)工具。業(yè)務(wù)架構(gòu)決定應(yīng)用架構(gòu),應(yīng)用架構(gòu)需要適配業(yè)務(wù)架構(gòu),并隨著業(yè)務(wù)架構(gòu)不斷進(jìn)化,同時應(yīng)用架構(gòu)依托技術(shù)架構(gòu)最終落地。
架構(gòu)演進(jìn)路程:單體應(yīng)用→分布式應(yīng)用服務(wù)化→微服務(wù)
4.1. 單體應(yīng)用
企業(yè)一開始業(yè)務(wù)比較簡單,只應(yīng)用某個簡單場景,應(yīng)用服務(wù)支持?jǐn)?shù)據(jù)增刪改查和簡單的邏輯即可,單體應(yīng)用可以滿足要求。
典型的三級架構(gòu),前端(Web/手機(jī)端)+中間業(yè)務(wù)邏輯層+數(shù)據(jù)庫層。這是一種典型的Java Spring MVC或者Python Django框架的應(yīng)用。其架構(gòu)圖如下所示:
針對單體應(yīng)用,非功能性需求的做法:
單體架構(gòu)的應(yīng)用比較容易部署、測試, 在項(xiàng)目的初期,單體應(yīng)用可以很好地運(yùn)行。然而,隨著需求的不斷增加, 越來越多的人加入開發(fā)團(tuán)隊(duì),代碼庫也在飛速地膨脹。慢慢地,單體應(yīng)用變得越來越臃腫,可維護(hù)性、靈活性逐漸降低,維護(hù)成本越來越高。下面是單體架構(gòu)應(yīng)用的一些缺點(diǎn):
4.2. 分布式
隨著業(yè)務(wù)深入,業(yè)務(wù)要求的產(chǎn)品功能越來越多,每個業(yè)務(wù)模塊邏輯也都變得更加復(fù)雜,業(yè)務(wù)的深度和廣度都增加,使得單體應(yīng)用變得越來越臃腫,可維護(hù)性、靈活性逐漸降低,增加新功能開發(fā)周期越來越長,維護(hù)成本越來越高。
這時需要對系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)功能模塊拆分,將各個模塊服務(wù)化,變成一個分布式系統(tǒng)。業(yè)務(wù)模塊分別部署在不同的服務(wù)器上,各個業(yè)務(wù)模塊之間通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
該架構(gòu)相對于單體架構(gòu)來說,這種架構(gòu)提供了負(fù)載均衡的能力,大大提高了系統(tǒng)負(fù)載能力,解決了網(wǎng)站高并發(fā)的需求。另外還有以下特點(diǎn):
4.3. 微服務(wù)
緊接著業(yè)務(wù)模式越來越復(fù)雜,訂單、商品、庫存、價格等各個模塊都很深入,比如價格區(qū)分會員等級,訪問渠道(app還是PC),銷售方式(團(tuán)購還是普通)等,還有大量的價格促銷,這些規(guī)則很復(fù)雜,容易相互沖突,需要把分散到各個業(yè)務(wù)的價格邏輯進(jìn)行統(tǒng)一管理,以基礎(chǔ)價格服務(wù)的方式透明地提供給上層應(yīng)用,變成一個微內(nèi)核的服務(wù)化架構(gòu),即微服務(wù)。
微服務(wù)的特點(diǎn):
微服務(wù)雖然有很多吸引人的地方,但它并不是免費(fèi)的午餐,使用它是有代價的。使用微服務(wù)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)。
五. 衡量架構(gòu)的合理性
架構(gòu)為業(yè)務(wù)服務(wù),沒有最優(yōu)的架構(gòu),只有最合適的架構(gòu),架構(gòu)始終以高效,穩(wěn)定,安全為目標(biāo)來衡量其合理性。
合理的架構(gòu)設(shè)計:
5.1. 業(yè)務(wù)需求角度
5.2. 非業(yè)務(wù)需求角度
①. 穩(wěn)定性。指標(biāo):
②. 高效指標(biāo):
③. 安全指標(biāo)
六. 常見架構(gòu)誤區(qū)
常見誤區(qū)
7.1. 架構(gòu)演進(jìn)
7.2. 架構(gòu)模式
分層:橫向分層:應(yīng)用層,服務(wù)層,數(shù)據(jù)層
分割:縱向分割:拆分功能和服務(wù)
分布式
集群:提高并發(fā)和可用性
緩存:優(yōu)化系統(tǒng)性能
異步:降低系統(tǒng)的耦合性
冗余:冷備和熱備,保證系統(tǒng)的可用性
自動化:發(fā)布,測試,部署,監(jiān)控,報警,失效轉(zhuǎn)移,故障恢復(fù)
安全:
7.3. 架構(gòu)核心要素
高性能:網(wǎng)站的靈魂
可用性:保證服務(wù)器不宕機(jī),一般通過冗余部署備份服務(wù)器來完成
伸縮性:建集群,是否快速應(yīng)對大規(guī)模增長的流量,容易添加新的機(jī)器
集群
可擴(kuò)展性:主要關(guān)注功能需求,應(yīng)對業(yè)務(wù)的擴(kuò)展,快速響應(yīng)業(yè)務(wù)的變化。是否做法開閉原則,系統(tǒng)耦合依賴
安全性:網(wǎng)站的各種攻擊,各種漏洞是否堵住,架構(gòu)是否可以做到限流作用,防止ddos攻擊。

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