【軟件開發(fā)】架構(gòu)設(shè)計Structure-上篇
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架構(gòu)設(shè)計本質(zhì)：
系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，是改善耦合的最好方式。架構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)，就是：劃分耦合的單位——也就是劃分模塊。系統(tǒng)應(yīng)該劃分成什么樣的模塊，代表了設(shè)計者對于系統(tǒng)應(yīng)對的需求的基本理解。一旦能清晰的劃分出模塊了，其代碼耦合就有了最基本的范圍。而模塊本身也是提示程序員理解系統(tǒng)的基本單位。
架構(gòu)設(shè)計概念
功能模塊：縱向劃分模塊
實現(xiàn)層次：橫向切分層次
架構(gòu)特征要求：
系統(tǒng)的非功能性特征，如可擴展性、可靠性、強壯性、靈活性、性能等。
1.可靠性（Reliable）。軟件系統(tǒng)對于用戶的商業(yè)經(jīng)營和管理來說極為重要，因此軟件系統(tǒng)必須非?？煽?。
2.安全性（Secure）。軟件系統(tǒng)所承擔的交易的商業(yè)價值極高，系統(tǒng)的安全性非常重要。
3.可擴展性（SCAlable）。軟件必須能夠在用戶的使用率、用戶的數(shù)目增加很快的情況下，保持合理的性能。只有這樣，才能適應(yīng)用戶的市場擴展得可能性。
4.可定制化（CuSTomizable）。同樣的一套軟件，可以根據(jù)客戶群的不同和市場需求的變化進行調(diào)整。
5.可擴展性（Extensible）。在新技術(shù)出現(xiàn)的時候，一個軟件系統(tǒng)應(yīng)當允許導(dǎo)入新技術(shù)，從而對現(xiàn)有系統(tǒng)進行功能和性能的擴展。
6.可維護性（MAIntainable）。軟件系統(tǒng)的維護包括兩方面，一是排除現(xiàn)有的錯誤，二是將新的軟件需求反映到現(xiàn)有系統(tǒng)中去。一個易于維護系統(tǒng)可以有效地降低技術(shù)支持的花費。
7.客戶體驗（Customer Experience）。軟件系統(tǒng)必須易于使用。
8.市場時機（Time to Market）。軟件用戶要面臨同業(yè)競爭，軟件提供商也要面臨同業(yè)競爭。以最快的速度爭奪市場先機非常重要。
常見架構(gòu)模式：
1分層模式 (Layered pattern)
2客戶端／服務(wù)器模式 (Client-server pattern)
3主／從模式 (Master-slave pattern)
4管道／過濾器模式 (Pipe-filter pattern)
5代理模式 (Broker pattern)
6對等模式 (Peer-to-peer pattern)
7事件總線模式 (Event-bus pattern)
8模型／視圖／控制器 (MVC) 模式 (Model-view-controller pattern)
9黑板模式 (Blackboard pattern)
10解析器模式 (Interpreter pattern)
1分層模式 (Layered pattern)
分層模式簡介
分層模式用于對結(jié)構(gòu)化設(shè)計的軟件進行層次拆解，每個層次為獨立的抽象，為其上層抽象提供服務(wù)。
系統(tǒng)通常被拆分為以下四個層次：
表示層（也稱為 UI 層）
應(yīng)用層（也稱為服務(wù)層）
業(yè)務(wù)邏輯層（也稱為領(lǐng)域?qū)樱?/span>
數(shù)據(jù)訪問層（也稱為持久化層）
分層建立方法：
以業(yè)務(wù)邏輯特征建模 ——使用分層模式，往往需要我們在大腦里對問題領(lǐng)域進行層次抽象，這種抽象最可信賴的原則，就是按照業(yè)務(wù)邏輯去做。比如現(xiàn)實業(yè)務(wù)中有一個角色，我們就建立一個角色的模塊；如果我們有一個場景，就以此為名建立一個這樣的模塊。以業(yè)務(wù)邏輯建立的模塊，本身也會讓系統(tǒng)更容易被理解，因為在代碼里能找到和現(xiàn)實中一一對應(yīng)的概念。
分層模式優(yōu)點：
1）重復(fù)代碼減少了，功能開發(fā)更快了——一頂層開發(fā)只需要學習下層類庫，就可以開始開發(fā)；近似功能模塊被統(tǒng)一，修BUG覆蓋面更好。
2）性能提升代碼能更好的覆蓋了——集中了通用實現(xiàn)代碼，也集中了優(yōu)化部分
3）可以并行開發(fā)，資深人員負責底層，一般人員負責上層
使用場景
通用桌面應(yīng)用程序
電子商務(wù) Web 應(yīng)用
2 客戶端／服務(wù)器模式 (Client-server pattern)
客戶端／服務(wù)器模式由兩個部分構(gòu)成：一個服務(wù)器與多個客戶端。服務(wù)器組件同時為多個客戶端組件提供服務(wù)。客戶端向服務(wù)器發(fā)啟服務(wù)請求，服務(wù)器將相應(yīng)服務(wù)信息回應(yīng)給客戶端。此外，服務(wù)器持續(xù)監(jiān)聽來自客戶端的請求。
使用場景
電子郵件、文件共享及銀行業(yè)務(wù)等在線應(yīng)用
3. 主／從模式 (Master-slave pattern)
主／從模式由兩個部分構(gòu)成：主設(shè)備與從設(shè)備。主服務(wù)組件將作業(yè)分發(fā)給多個從設(shè)備組件，并根據(jù)這些從設(shè)備反饋的結(jié)果，計算生成最終結(jié)果。
使用場景
數(shù)據(jù)庫復(fù)制，主數(shù)據(jù)庫被認定為權(quán)威數(shù)據(jù)源，各從數(shù)據(jù)庫與主數(shù)據(jù)保持同步
在計算機系統(tǒng)中通過總線互連的各設(shè)備（包括主設(shè)備與從設(shè)備）
4. 管道／過濾器模式 (Pipe-filter pattern)
管道／過濾器模式用于構(gòu)造用于生成及處理數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)。每個處理過程都封裝在過濾器（filter）組件之中，要處理的數(shù)據(jù)通過 管道(pips) 進行投遞。管道同時用于作為 過濾器（filter） 間的緩沖及同步。
使用場景
編譯器，一系列的過濾器用于詞法分析、語法分析、語義分析及代碼生成
生物信息學的工作流
5. 代理模式（Broker pattern）
代理模式用于在結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)中對組件解耦。系統(tǒng)內(nèi)各組件間采用遠過程調(diào)用（remote service invocations）的方式交互。代理（Broker）組件充當組件間通訊的協(xié)調(diào)角色。
提供服務(wù)的組件將其能力（服務(wù)以及特性）發(fā)布給代理，客戶端均向代理請求服務(wù)，由代理將請求重定向到先前已發(fā)布過對應(yīng)服務(wù)的組件進行處理。
使用場景
消息中間件軟件：Apache ActiveMQ，Apache Kafka，RabbitMQ 與 JBoss 等等
6. 對等模式 (Peer-to-peer pattern)
對等模式中的組件稱之為對等體（peer），對等體既作為向其他對等體請求服務(wù)的客戶端，同時也做為響應(yīng)其他對等體請求的服務(wù)端。對等體可以在運行過程中動態(tài)地改變其角色，即，既可以單獨做為客戶端或服務(wù)端運行，又可同時作為客戶端與服務(wù)端運行。
使用場景
網(wǎng)絡(luò)文件共享：Gnutella 與 G2)
流媒體協(xié)議：P2PTV 與 PDTP.
流媒體應(yīng)用： Spotify.
7. 事件總線模式（Event-bus pattern）
事件總線模式應(yīng)用于事件處理，主要由四個組件構(gòu)成：事件源（event source），事件偵聽者（event listener），通道（Channel）以及總線（event bus）。事件源將消息發(fā)布到總線的特定通道，偵聽者訂閱相應(yīng)的通道，事件源所發(fā)布的消息經(jīng)通道通告給訂閱通道的偵聽者。
使用場景
Android 開發(fā)
通告（Notification）服務(wù)
8. 模型／視圖／控制器 (MVC) 模式（Model-view-controller pattern）
模型／視圖／控制器模式（簡稱 MVC 模式）將交互式應(yīng)用程序拆分為三個部分：
模型（model） – 包含核心功能及數(shù)據(jù)
視圖（view） – 呈現(xiàn)信息給用戶（通過有多個視圖）
控制器（controller） – 處理用戶的輸入操作
MVC 模式通過將內(nèi)部信息表示、用戶信息呈現(xiàn)以及用戶操作接收分開的方式解耦組件，實現(xiàn)高效代碼重用。
使用場景
主流開發(fā)語言所構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁應(yīng)用架構(gòu)
Django 與 Rails 等網(wǎng)頁應(yīng)用開發(fā)框架
9. 黑板模式（Blackboard pattern）
黑板模式適用于 無預(yù)知確定解決策略 的問題，主要由三個組件構(gòu)成：
黑板（blackboard） – 用于存儲解空間對象的結(jié)構(gòu)化全局內(nèi)存
知識（knowledge）源 – 能自表意的專用模塊
控制（control）組件 – 選擇、配置與執(zhí)行的模塊
所有的組件均能訪問黑板，組件可將新生成的數(shù)據(jù)對象寫入黑板，也可以通過模式匹配從黑板中獲取知識源所生成的特定數(shù)據(jù)。
使用場景
語音識別
車輛識別和追蹤
蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定
聲納信號解析
10. 解析器模式（Interpreter pattern）
解析器模式用于設(shè)計語言的解析程序，主要用于指定評估程序代碼行，即解析出特定語言的語句與表達式，其核心思想是為語言的每個符號定義相應(yīng)的類。
使用場景
SQL 等數(shù)據(jù)庫查詢語言
通訊協(xié)議描述語言
常見軟件架構(gòu)
1分層架構(gòu)
分層架構(gòu)（layered architecture）是最常見的軟件架構(gòu)，也是事實上的標準架構(gòu)。如果你不知道要用什么架構(gòu)，那就用它。這種架構(gòu)將軟件分成若干個水平層，每一層都有清晰的角色和分工，不需要知道其他層的細節(jié)。層與層之間通過接口通信。雖然沒有明確約定，軟件一定要分成多少層，但是四層的結(jié)構(gòu)最常見。
表現(xiàn)層（presentation）：用戶界面，負責視覺和用戶互動
業(yè)務(wù)層（business）：實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯
持久層（persistence）：提供數(shù)據(jù)，SQL 語句就放在這一層
數(shù)據(jù)庫（database） ：保存數(shù)據(jù)
2事件驅(qū)動架構(gòu)
事件（event）是狀態(tài)發(fā)生變化時，軟件發(fā)出的通知。
事件驅(qū)動架構(gòu)（event-driven architecture）就是通過事件進行通信的軟件架構(gòu)。它分成四個部分。
事件隊列（event queue）：接收事件的入口
分發(fā)器（event mediator）：將不同的事件分發(fā)到不同的業(yè)務(wù)邏輯單元
事件通道（event channel）：分發(fā)器與處理器之間的聯(lián)系渠道
事件處理器（event processor）：實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，處理完成后會發(fā)出事件，觸發(fā)下一步操作
對于簡單的項目，事件隊列、分發(fā)器和事件通道，可以合為一體，整個軟件就分成事件代理和事件處理器兩部分。
3微核架構(gòu)
微核架構(gòu)（microkernel architecture）又稱為"插件架構(gòu)"（plug-in architecture），指的是軟件的內(nèi)核相對較小，主要功能和業(yè)務(wù)邏輯都通過插件實現(xiàn)。
內(nèi)核（core）通常只包含系統(tǒng)運行的最小功能。插件則是互相獨立的，插件之間的通信，應(yīng)該減少到最低，避免出現(xiàn)互相依賴的問題。
4微服務(wù)架構(gòu)
微服務(wù)架構(gòu)（microservices architecture）是服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（service-oriented architecture，縮寫 SOA）的升級。
每一個服務(wù)就是一個獨立的部署單元（separately deployed unit）。這些單元都是分布式的，互相解耦，通過遠程通信協(xié)議（比如REST、SOAP）聯(lián)系。
微服務(wù)架構(gòu)分成三種實現(xiàn)模式。
-RESTful API 模式：服務(wù)通過 API 提供，云服務(wù)就屬于這一類
-RESTful 應(yīng)用模式：服務(wù)通過傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或者應(yīng)用協(xié)議提供，背后通常是一個多功能的應(yīng)用程序，常見于企業(yè)內(nèi)部
-集中消息模式：采用消息代理（message broker），可以實現(xiàn)消息隊列、負載均衡、統(tǒng)一日志和異常處理，缺點是-會出現(xiàn)單點失敗，消息代理可能要做成集群
5云架構(gòu)
云結(jié)構(gòu)（cloud architecture）主要解決擴展性和并發(fā)的問題，是最容易擴展的架構(gòu)。
它的高擴展性，主要原因是沒使用中央數(shù)據(jù)庫，而是把數(shù)據(jù)都復(fù)制到內(nèi)存中，變成可復(fù)制的內(nèi)存數(shù)據(jù)單元。然后，業(yè)務(wù)處理能力封裝成一個個處理單元（prcessing unit）。訪問量增加，就新建處理單元；訪問量減少，就關(guān)閉處理單元。由于沒有中央數(shù)據(jù)庫，所以擴展性的最大瓶頸消失了。由于每個處理單元的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存里，最好要進行數(shù)據(jù)持久化。
這個模式主要分成兩部分：處理單元（processing unit）和虛擬中間件（virtualized middleware）。
處理單元：實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯
虛擬中間件：負責通信、保持sessions、數(shù)據(jù)復(fù)制、分布式處理、處理單元的部署。
虛擬中間件又包含四個組件。
消息中間件（Messaging Grid）：管理用戶請求和session，當一個請求進來以后，決定分配給哪一個處理單元。
數(shù)據(jù)中間件（Data Grid）：將數(shù)據(jù)復(fù)制到每一個處理單元，即數(shù)據(jù)同步。保證某個處理單元都得到同樣的數(shù)據(jù)。
處理中間件（Processing Grid）：可選，如果一個請求涉及不同類型的處理單元，該中間件負責協(xié)調(diào)處理單元
部署中間件（Deployment Manager）：負責處理單元的啟動和關(guān)閉，監(jiān)控負載和響應(yīng)時間，當負載增加，就新啟動處理單元，負載減少，就關(guān)閉處理單元。
四大軟件結(jié)構(gòu)
1單體架構(gòu)
單體架構(gòu)比較初級，典型的三級架構(gòu)，前端(Web/手機端)+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 Drango框架的應(yīng)用。其架構(gòu)圖如下所示：
單體架構(gòu)的應(yīng)用比較容易部署、測試， 在項目的初期，單體應(yīng)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(yīng)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。
2分布式應(yīng)用
中級架構(gòu)，分布式應(yīng)用，中間層分布式+數(shù)據(jù)庫分布式，是單體架構(gòu)的并發(fā)擴展，將一個大的系統(tǒng)劃分為多個業(yè)務(wù)模塊，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(yīng)用，將用戶請求均衡的負載到不同的服務(wù)器上。其架構(gòu)圖如下所示：
該架構(gòu)相對于單體架構(gòu)來說，這種架構(gòu)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(wǎng)站高并發(fā)的需求。
3微服務(wù)架構(gòu)
微服務(wù)架構(gòu)，主要是中間層分解，將系統(tǒng)拆分成很多小應(yīng)用（微服務(wù)），微服務(wù)可以部署在不同的服務(wù)器上，也可以部署在相同的服務(wù)器不同的容器上。當應(yīng)用的故障不會影響到其他應(yīng)用，單應(yīng)用的負載也不會影響到其他應(yīng)用，其代表框架有Spring cloud、Dubbo等。
其架構(gòu)圖如下所示：
4 Serverless架構(gòu)
當我們還在容器的浪潮中前行時，已經(jīng)有一些革命先驅(qū)悄然布局另外一個云計算戰(zhàn)場：Serverless架構(gòu)。
參考資料：
軟件體系架構(gòu)閱讀筆記(九) - 算法網(wǎng) (itpcb.com)
https://itpcb.com/a/701414
軟件架構(gòu)概覽-架構(gòu)-火龍果軟件工程 (uml.org.cn)
http://www.uml.org.cn/zjjs/zjjs-bk.asp
常用軟件架構(gòu)模式_軟件架構(gòu)模式的處理過程_經(jīng)典軟件架構(gòu)模式_常用16味藥膳藥材_新聞頭條 (xinwentoutiao.net)
https://www.xinwentoutiao.net/jishu/20200502/1276760.html
MVC、MVP、MVVM的區(qū)別和聯(lián)系（精講版） (biancheng.net)
http://c.biancheng.net/view/7743.html#:~:text=MVC%E3%80%81MVP%E3%80%81MVVM%20%E4%B8%89%E8%80%85%E7%9A%84%E4%B8%BB%E8%A6%81%E5%8C%BA%E5%88%AB%E5%B0%B1%E5%9C%A8%E4%BA%8E%E9%99%A4%20View%20%E5%B1%82%E5%92%8C%20Model%20%E5%B1%82%E4%B9%8B%E5%A4%96%E7%9A%84%E7%AC%AC%E4%B8%89%E5%B1%82%EF%BC%8C%E8%BF%99%E4%B8%80%E5%B1%82%E7%9A%84%E4%B8%8D%E5%90%8C%E4%BD%BF%E5%BE%97,MV%20%E7%B3%BB%E5%88%97%E6%A1%86%E6%9E%B6%E5%8C%BA%E5%88%86%E5%BC%80%E6%9D%A5%E3%80%82%20%E5%85%B6%E5%AE%9E%E5%BE%88%E9%9A%BE%E8%AF%B4%E5%87%BA%20MVC%E3%80%81MVP%E3%80%81MVVM%20%E5%93%AA%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%9B%B4%E5%A5%BD%EF%BC%8C%E4%BB%8E%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E4%B8%8A%E7%9C%8B%EF%BC%8C%E6%98%BE%E7%84%B6%E6%98%AF%20MVVM%20%E6%9C%80%E5%A5%BD%EF%BC%8C%E4%BD%BF%E7%94%A8%E8%B5%B7%E6%9D%A5%E6%9B%B4%E6%96%B9%E4%BE%BF%EF%BC%8C%E4%BB%A3%E7%A0%81%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E4%B9%9F%E8%BE%83%E5%B0%91%E3%80%82
Android安卓架構(gòu)MVC、MVP、MVVM之間的區(qū)別和聯(lián)系(圖解+案例+源碼)_快樂李同學的博客-CSDN博客_android mvc mvp mvvm區(qū)別
https://blog.csdn.net/wq6ylg08/article/details/105023009
模式淺談_風一樣的少年-CSDN博客_mvc mvp mvvm
https://blog.csdn.net/qq_42127861/article/details/105876263
MVC、MVP、MVVM特點及三者的區(qū)別_Ancecis的博客-CSDN博客
https://blog.csdn.net/Ancecis/article/details/104204326
MVC，MVP 和 MVVM 的圖示 - 阮一峰的網(wǎng)絡(luò)日志 (ruanyifeng.com)
https://www.ruanyifeng.com/blog/2015/02/mvcmvp_mvvm.html
MVC、MVP、MVVM模式的概念與區(qū)別 - 知乎 (zhihu.com)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/377518336
MVC、MVP、MVVM模式的概念與區(qū)別 - 簡書 (jianshu.com)
https://www.jianshu.com/p/ff6de219f988
簡單介紹 10 個常見的軟件架構(gòu) - 知乎 (zhihu.com)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/41395345#:~:text=%E7%AE%80%E5%8D%95%E4%BB%8B%E7%BB%8D%2010%20%E4%B8%AA%E5%B8%B8%E8%A7%81%E7%9A%84%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%9E%B6%E6%9E%84%201%20%E5%88%86%E5%B1%82%E6%A8%A1%E5%BC%8F%20%28Layered%20pattern%29%202,%E6%A8%A1%E5%BC%8F%EF%BC%88Model-vi%20...%209%20%E9%BB%91%E6%9D%BF%E6%A8%A1%E5%BC%8F%EF%BC%88Blackboard%20pattern%EF%BC%89%2010%20%E8%A7%A3%E6%9E%90%E5%99%A8%E6%A8%A1%E5%BC%8F%EF%BC%88Interpreter%20pattern%EF%BC%89
五種常見軟件架構(gòu) - 時間朋友 - 博客園 (cnblogs.com)
https://www.cnblogs.com/doit8791/p/9343826.html
淺析常用軟件架構(gòu)的三種架構(gòu)模型 - 云+社區(qū) - 騰訊云 (tencent.com)
https://cloud.tencent.com/developer/article/1116141
十大常用軟件架構(gòu)模式簡介 - 簡書 (jianshu.com)
https://www.jianshu.com/p/128ec31551b7
四大常用的軟件架構(gòu)，來看看你們公司用哪種？
-程序人生-Web開發(fā)者網(wǎng) (webkfz.com)
http://webkfz.com/cxrs/eass.html
最常用的4 大軟件架構(gòu) - 知乎 (zhihu.com)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/343457113
軟件架構(gòu)入門 - 阮一峰的網(wǎng)絡(luò)日志 (ruanyifeng.com)
https://www.ruanyifeng.com/blog/2016/09/software-architecture.html
軟件架構(gòu)設(shè)計-軟件架構(gòu)風格、分層架構(gòu) - 驚覺 (leheavengame.com)
http://leheavengame.com/article/60dbbb53049f556e1a231ffe
《軟件架構(gòu)設(shè)計》學習筆記 (uml.org.cn)
http://uml.org.cn/zjjs/201307151.asp
邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)在架構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 (uml.org.cn)
http://www.uml.org.cn/zjjs/200906045.asp
軟件架構(gòu)設(shè)計 (uml.org.cn)
http://www.uml.org.cn/zjjs/201107193.asp
《軟件架構(gòu)》總覽 | 并發(fā)編程網(wǎng) – ifeve.com
http://ifeve.com/%E3%80%8A%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E6%9E%B6%E6%9E%84%E3%80%8B%E6%80%BB%E8%A7%88/
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