軟件架構模式

閱讀也花了較長的時間,大致也了解到整潔的架構要做到以下兩點:

  • well-isolated components:component是獨立部署的最小單元,由一系列遵循SOLID原則的module按照REP、CCP、CEP原則組成。
  • dependency rule:低層的detail去依賴高層的police

但感覺並沒有對架構設計給出可行的參考。

clean architecture 中的架構實例

在的第34章 “The Missing Chapter”(由 Simon Brown 編寫)給出了一個具體的案例,用四種架構設計來實現一個 “online book store”。

package by layer

這是最常見的方案,從前往後分為:前端、後台(business logic)、持久化DB。

優點是:簡單、容易上手,符合大多數公司的組織架構。

存在的問題:

  • 軟件規模和複雜度增加時,三層架構就不夠了,需要重新考慮拆分;
  • 分層架構體現不出business domain;

PACKAGE BY FEATURE

垂直切分方案,所有的java代碼都放在一個package裏面

好處在於凸顯domain concept

PORTS AND ADAPTERS

clean architecture這本書推薦的方案, 外層依賴於內層的domain

PACKAGE BY COMPONENT

本章作者 Simon Brown 提出的方案,service-centric view,將所有相關的職責打包稱一個粗粒度的Jar包

bundling all of the responsibilities related to a single coarse-grained component into a single Java package

看起來類似現在微服務的部署方式

對於以上四種結構,依賴關係看起來是這樣的

值得注意的是

  • 虛線箭頭表示component之間的依賴關係
  • PORTS AND ADAPTERS這種架構更能體現domain(business logic),即接口命名為Orders而不是OrdersRepository

本章的作者最後還指出:++不管架構怎麼設計,粗心的implementation都可能違背最初的設計;依賴編譯器來保證架構的一以貫之,而不是自我約束或者事後檢查。++

五種常見架構模式

看完了clean architecture后,在網上搜索架構設計相關的書籍,發現了這本小冊子,篇幅很短,稱不上book,而是一個report。

指出缺乏架構設計的軟件往往高度耦合,難以改變。因此,這本小冊子的目標就是介紹常用架構模式的特點、優點、缺點,幫助我們針對特定的業務需求做出合適的選擇。

Layered Architecture

分層架構也稱為n-tire architecture,這是最為常見的一種架構模式,一般從前往後分為四層:presentation, business, persistence, and database。如下圖所示:

分層架構一般是一個新系統的最佳首選,因為其完美匹配傳統IT公司組織架構:一般的公司招人都是前端、後端、數據庫。

分層架構的優點在於關注點隔離(separation of concerns),每一層做好自己這一層的職責,並向上一層提供服務即可,最為經典的案例就是七層網絡模型,這有利於開發、測試、管理與維護。

分層架構中,需要注意的是兩個概念:closed layeropen layer

closed layer的核心就是不要越層訪問,比如在上圖中,Presentation Layer就不應該跨國Business Layer直接去Persistence Layer訪問數據。

A closed layer means that as a request moves from layer to layer, it must go through the layer right below it to get to the next layer below that one

closed layer保證了層隔離( layers of isolation),使得某一層的修改影響的範圍盡可能小,比較可控。但closed layer有時候也會帶來一個問題:architecture sinkhole anti pattern(污水池反模式),具體是指,為了查簡單數據,層層轉發請求。比如為了在展示層显示玩家的某個數據,需要通過業務層、再到持久化層、再到DB層;取到數據再一層層傳遞迴來,在這個過程中,業務層並沒有對數據有邏輯上的處理。

显示,污水池反模式衝擊了closed layer的美好想法。如何衡量這種層層轉發的請求是不是問題,可以參考80-20法則。

如果80%是附帶邏輯的,那麼就是ok的,但如果有80% 是 simple passthrough processing,那麼就得考慮讓某些layer open。比如在複雜的業務系統中, 經常會有一些可復用的邏輯,這個時候會抽取為通用的服務層(service layer)。如下圖所示

open layer 、close layer的概念可以幫助理清楚架構和請求流程之間的關係,讓架構師、程序員都清楚架構的邊界(boundary)在哪裡,重要的是,這個open-closed關係需要明確的文檔化,不要隨意打破,否則就會一團糟。

Event-Driven Architecture

The event-driven architecture pattern is a popular distributed asynchronous architecture pattern used to produce highly scalable applications.

從上述定義可以看出事件驅動架構的幾個特點:分佈式、異步、可伸縮。其核心是:高度解耦合、專一職責的事件處理單元(Event Processor)

事件驅動架構有兩種常見拓撲結構: the mediator and the broker.

Mediator Topology

需要一个中心化(全局唯一)的協調單元,用於組織一個事件中的多個步驟,這些步驟中有些是可并行的,有些必須是順序執行的,這就依賴Event Mediator的調度。如下圖所示

Broker Topology
這種是沒有中心的架構

the message flow is distributed across the event processor components in a chain-like fashion through a lightweight message broker

如下圖所示

事件驅動的好處在於,高度可伸縮、便於部署、整體性能較好(得益於某些事件的併發執行)。但由於其分佈式異步的本性,其缺點也很明顯:開發比較複雜、維護成本較高;而且很難支持事務,尤其是一個邏輯事件跨越多個processor的時候。

Microkernel Architecture

微內核架構又稱之為插件式架構(plug-in architecture)。如下圖所示:

微內核架構包含兩部分組件

  • a core system
  • plug-in modules.

plug-in modules 是相互獨立的組件,用於增加、擴展 core system 的功能。

這種架構非常適用於 product-based applications 即需要打包、下載、安裝的應用,比如桌面應用。最經典的例子就是Eclipse編輯器,玩遊戲的同學經常下載使用的MOD也可以看出插件。

微內核架構通常可以是其他架構的一部分,以實現特定部分的漸進式設計、增量開發

Microservices Architecture Pattern

微服務架構並不是為了解決新問題而發明的新架構,而是從分層架構的單體式應用和SOA(service-oriented architecture)演化而來。

微服務解決了分層架構潛在的成為單體式應用(Monolithic application)的問題:

through the development of continuous delivery, separating the application into multiple deployable units

同時,微服務還通過簡化(泛化)服務的概念,消除編排需求,簡化對服務組件的連接訪問。從而避免了SOA的各種缺點:複雜、昂貴、重度、難以理解和開發。

The microservices architecture style addresses this complexity by simplifying the notion of a service, eliminating orchestration needs, and simplifying connectivity and access to service components.

微服務架構如下:

其核心是service component,這些服務組件相互解耦,易於獨立開發、部署。服務組件的粒度是微服務架構中最難的挑戰

  • 太大:失去了微服務架構的優勢
  • 太小:導致需要編排,或者服務組件間的通信、事務。

而微服務架構相比SOA而言,其優勢就在於避免依賴和編排 — 編排引入大量的複雜工作。

對於單個請求 如果service之間還要通信,那麼可能是就是粒度過小。解決辦法:

  • 如果通信是為了訪問數據:那麼可以通過共享db解決
  • 如果通信是為了使用功能:那麼可以考慮代碼的冗餘,雖然這違背了DRY原則。在clean architecture中也指出,component的自完備性有時候要高於代碼復用。

Space-Based Architecture

基於空間的架構,其核心目標是解決由於數據庫瓶頸導致的低伸縮性、低併發問題。

分層架構中,在用戶規模激增的情況下,數據層的擴展往往會成為最後的瓶頸(相對而言,前端和業務邏輯都容易做成無狀態,比較好水平擴展)。而基於空間的架構的核心是內存複製,根本上解決了這個問題。

High scalability is achieved by removing the central database constraint and using replicated in-memory data grids instead

架構如下:

其核心組件包括

  • processing unit,處理單元,其內部又包含一下組成
    • business logic
    • in-memory data grid
    • an optional asynchronous persistent store for failover
    • replication engine,用於同步數據修改
  • virtualized middleware
    • Messaging Grid: 監控processing unit可用性,路由客戶端請求到processing unit
    • Data Grid: 核心,負責processingunit之間的數據同步,毫秒級同步?
    • Processing Grid: 可選組件,如果一個請求需要多個processing unit的服務,那麼負責協調分發
    • Deployment Manager: 負責processing unit的按需啟停

基於空間的架構很少見,而且從上面的核心組件描述來看的話,開發和維護應該都是比較負責的,由於是數據的同步這塊。而且由於數據都保存在內存中,那麼數據量就不能太大。

基於空間的架構適用於需求變化大的小型web應用,不適用於有大量數據操作的傳統大規模關係型數據庫應用

references

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