4 大軟件架構，你是否都經歷過？
不點藍字，我們哪來故事？
一、單體架構 二、分布式應用 三、微服務架構 四、Serverless架構
如果一個軟件開發(fā)人員，不了解軟件架構的演進，會制約技術的選型和開發(fā)人員的生存、晉升空間。這里我列舉了目前主要的四種軟件架構以及他們的優(yōu)缺點，希望能夠幫助軟件開發(fā)人員拓展知識面。
一、單體架構
單體架構比較初級，典型的三級架構，前端(Web/手機端)+中間業(yè)務邏輯層+數(shù)據(jù)庫層。這是一種典型的Java Spring mvc或者Python Drango框架的應用。其架構圖如下所示：
單體架構
單體架構的應用比較容易部署、測試， 在項目的初期，單體應用可以很好地運行。然而，隨著需求的不斷增加， 越來越多的人加入開發(fā)團隊，代碼庫也在飛速地膨脹。慢慢地，單體應用變得越來越臃腫，可維護性、靈活性逐漸降低，維護成本越來越高。下面是單體架構應用的一些缺點：
復雜性高?：以一個百萬行級別的單體應用為例，整個項目包含的模塊非常多、模塊的邊界模糊、 依賴關系不清晰、 代碼質量參差不齊、 混亂地堆砌在一起?？上攵麄€項目非常復雜。每次修改代碼都心驚膽戰(zhàn)， 甚至添加一個簡單的功能， 或者修改一個Bug都會帶來隱含的缺陷。
技術債務?：隨著時間推移、需求變更和人員更迭，會逐漸形成應用程序的技術債務， 并且越積 越多?！?不壞不修”， 這在軟件開發(fā)中非常常見， 在單體應用中這種思想更甚。已使用的系統(tǒng)設計或代碼難以被修改，因為應用程序中的其他模塊可能會以意料之外的方式使用它。
部署頻率低?：隨著代碼的增多，構建和部署的時間也會增加。而在單體應用中， 每次功能的變更或缺陷的修復都會導致需要重新部署整個應用。全量部署的方式耗時長、 影響范圍大、 風險高， 這使得單體應用項目上線部署的頻率較低。而部署頻率低又導致兩次發(fā)布之間會有大量的功能變更和缺陷修復，出錯率比較高。
可靠性差?：某個應用Bug，例如死循環(huán)、內存溢出等， 可能會導致整個應用的崩潰。
擴展能力受限?：單體應用只能作為一個整體進行擴展，無法根據(jù)業(yè)務模塊的需要進行伸縮。例如，應用中有的模塊是計算密集型的，它需要強勁的CPU；有的模塊則是IO密集型的，需要更大的內存。由于這些模塊部署在一起，不得不在硬件的選擇上做出妥協(xié)。
阻礙技術創(chuàng)新?：單體應用往往使用統(tǒng)一的技術平臺或方案解決所有的問題， 團隊中的每個成員 都必須使用相同的開發(fā)語言和框架，要想引入新框架或新技術平臺會非常困難。
二、分布式應用
中級架構，分布式應用，中間層分布式+數(shù)據(jù)庫分布式，是單體架構的并發(fā)擴展，將一個大的系統(tǒng)劃分為多個業(yè)務模塊，業(yè)務模塊分別部署在不同的服務器上，各個業(yè)務模塊之間通過接口進行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)庫也大量采用分布式數(shù)據(jù)庫，如redis、ES、solor等。通過LVS/Nginx代理應用，將用戶請求均衡的負載到不同的服務器上。其架構圖如下所示：
分布式架構
該架構相對于單體架構來說，這種架構提供了負載均衡的能力，大大提高了系統(tǒng)負載能力，解決了網站高并發(fā)的需求。另外還有以下特點：
降低了耦合度?：把模塊拆分,使用接口通信,降低模塊之間的耦合度。
責任清晰?：把項目拆分成若干個子項目,不同的團隊負責不同的子項目。
擴展方便?：增加功能時只需要再增加一個子項目,調用其他系統(tǒng)的接口就可以。
部署方便?:可以靈活的進行分布式部署。
提高代碼的復用性?：比如service層,如果不采用分布式rest服務方式架構就會在手機wap商城,微信商城,pc,android，ios每個端都要寫一個service層邏輯,開發(fā)量大,難以維護一起升級,這時候就可以采用分布式rest服務方式,公用一個service層。
缺點 :?系統(tǒng)之間的交互要使用遠程通信,接口開發(fā)增大工作量,但是利大于弊。
三、微服務架構
微服務架構，主要是中間層分解，將系統(tǒng)拆分成很多小應用（微服務），微服務可以部署在不同的服務器上，也可以部署在相同的服務器不同的容器上。當應用的故障不會影響到其他應用，單應用的負載也不會影響到其他應用，其代表框架有Spring cloud、Dubbo等。其架構圖如下所示：
微服務架構
易于開發(fā)和維護?：一個微服務只會關注一個特定的業(yè)務功能，所以它業(yè)務清晰、代碼量較少。開發(fā)和維護單個微服務相對簡單。而整個應用是由若干個微服務構建而成的，所以整個應用也會被維持在一個可控狀態(tài)。
單個微服務啟動較快?：單個微服務代碼量較少， 所以啟動會比較快。
局部修改容易部署?：單體應用只要有修改，就得重新部署整個應用，微服務解決了這樣的問題。一般來說，對某個微服務進行修改，只需要重新部署這個服務即可。
技術棧不受限?：在微服務架構中，可以結合項目業(yè)務及團隊的特點，合理地選擇技術棧。例如某些服務可使用關系型數(shù)據(jù)庫MySQL；某些微服務有圖形計算的需求，可以使用Neo4j；甚至可根據(jù)需要，部分微服務使用Java開發(fā)，部分微服務使用Node.js開發(fā)。
微服務雖然有很多吸引人的地方，但它并不是免費的午餐，使用它是有代價的。使用微服務架構面臨的挑戰(zhàn)。
運維要求較高?：更多的服務意味著更多的運維投入。在單體架構中，只需要保證一個應用的正常運行。而在微服務中，需要保證幾十甚至幾百個服務服務的正常運行與協(xié)作，這給運維帶來了很大的挑戰(zhàn)。
分布式固有的復雜性?：使用微服務構建的是分布式系統(tǒng)。對于一個分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)容錯、網絡延遲、分布式事務等都會帶來巨大的挑戰(zhàn)。
接口調整成本高?：微服務之間通過接口進行通信。如果修改某一個微服務的API，可能所有使用了該接口的微服務都需要做調整。
重復勞動?：很多服務可能都會使用到相同的功能，而這個功能并沒有達到分解為一個微服務的程度，這個時候，可能各個服務都會開發(fā)這一功能，從而導致代碼重復。盡管可以使用共享庫來解決這個問題（例如可以將這個功能封裝成公共組件，需要該功能的微服務引用該組件），但共享庫在多語言環(huán)境下就不一定行得通了。
四、Serverless架構
當我們還在容器的浪潮中前行時，已經有一些革命先驅悄然布局另外一個云計算戰(zhàn)場：Serverless架構。
Serverless架構
2014年11月14日，亞馬遜AWS發(fā)布了新產品Lambda。當時Lambda被描述為：一種計算服務，根據(jù)時間運行用戶的代碼，無需關心底層的計算資源。從某種意義上來說，Lambda姍姍來遲，它像云計算的PaaS理念：客戶只管業(yè)務，無需擔心存儲和計算資源。在此前不久，2014年10月22日，谷歌收購了實時后端數(shù)據(jù)庫創(chuàng)業(yè)公司Firebase。Firebase聲稱開發(fā)者只需引用一個API庫文件就可以使用標準REST API的各種接口對數(shù)據(jù)進行讀寫操作，只需編寫HTML＋CSS＋JavaScrip前端代碼，不需要服務器端代碼（如需整合，也極其簡單）。
相對于上兩者，F(xiàn)acebook 在2014年二月收購的 Parse，則側重于提供一個通用的后臺服務。這些服務被稱為Serverless或no sever。想到PaaS（平臺即服務）了是嗎？很像，用戶不需要關心基礎設施，只需要關心業(yè)務，這是遲到的PaaS，也是更實用的PaaS。這很有可能將會變革整個開發(fā)過程和傳統(tǒng)的應用生命周期，一旦開發(fā)者們習慣了這種全自動的云上資源的創(chuàng)建和分配，或許就再也回不到那些需要微應用配置資源的時代里去了。
Serverless架構能夠讓開發(fā)者在構建應用的過程中無需關注計算資源的獲取和運維，由平臺來按需分配計算資源并保證應用執(zhí)行的SLA（服務等級協(xié)議），按照調用次數(shù)進行計費，有效的節(jié)省應用成本。ServerLess的架構如上圖所示。其優(yōu)點如下所示：
低運營成本?：在業(yè)務突發(fā)性極高的場景下，系統(tǒng)為了應對業(yè)務高峰，必須構建能夠應對峰值需求的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在大部分時間是空閑的，這就導致了嚴重的資源浪費和成本上升。在微服務架構中，服務需要一直運行，實際上在高負載情況下每個服務都不止一個實例，這樣才能完成高可用性；在Serverless架構下，服務將根據(jù)用戶的調用次數(shù)進行計費，按照云計算pay-as-you-go原則，如果沒有東西運行，你就不必付款，節(jié)省了使用成本。同時，用戶能夠通過共享網絡、硬盤、CPU等計算資源，在業(yè)務高峰期通過彈性擴容方式有效的應對業(yè)務峰值，在業(yè)務波谷期將資源分享給其他用戶，有效的節(jié)約了成本。
簡化設備運維?：在原有的IT體系中，開發(fā)團隊即需要維護應用程序，同時還要維護硬件基礎設施；Serverless架構中，開發(fā)人員面對的將是第三方開發(fā)或自定義的API 和URL，底層硬件對于開發(fā)人員透明化了，技術團隊無需再關注運維工作，能夠更加專注于應用系統(tǒng)開發(fā)。
提升可維護性?：Serverless架構中，應用程序將調用多種第三方功能服務，組成最終的應用邏輯。目前，例如登陸鑒權服務，云數(shù)據(jù)庫服務等第三方服務在安全性、可用性、性能方面都進行了大量優(yōu)化，開發(fā)團隊直接集成第三方的服務，能夠有效的降低開發(fā)成本，同時使得應用的運維過程變得更加清晰，有效的提升了應用的可維護性。
更快的開發(fā)速度?：這一點在現(xiàn)在互聯(lián)網創(chuàng)業(yè)公司得到很好的體現(xiàn)，創(chuàng)業(yè)公司往往開始由于人員和資金等問題，不可能每個產品線都同時進行，這時候就可以考慮第三方的Baas平臺，比如使用微信的用戶認證、阿里云提供的RDS，極光的消息推送，第三方支付及地理位置等等，能夠很快進行產品開發(fā)的速度，把工作重點放在業(yè)務實現(xiàn)上，把產品更快的推向市場。
但ServerLess架構也有其缺點：
廠商平臺綁定?：平臺會提供Serverless架構給大玩家，比如AWS Lambda，運行它需要使用AWS指定的服務，比如API網關，DynamoDB，S3等等，一旦你在這些服務上開發(fā)一個復雜系統(tǒng)，你會粘牢AWS，以后只好任由他們漲價定價或者下架等操作，個性化需求很難滿足，不能進行隨意的遷移或者遷移的成本比較大，同時不可避免帶來一些損失。Baas行業(yè)內一個比較典型的事件，2016年1月19日Facebook關閉曾經花巨額資金收購的Parse，造成用戶不得不遷移在這個平臺中產生一年多的數(shù)據(jù)，無疑需要花費比較大的人力和時間成本。
成功案例比較少，沒有行業(yè)標準?：目前的情況也只適合簡單的應用開發(fā)，缺乏大型成功案例的推動。對于Serverless缺乏統(tǒng)一的認知以及相應的標準，無法適應所有的云平臺。
目前微服務架構在四種架構中處于主流地位，很多應用第一、第二種架構的企業(yè)也開始慢慢轉向微服務架構。到目前為止微服務的技術相對于二三年前已經比較成熟，第四種架構將是未來發(fā)展的一種趨勢。
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