劇照 | 《艾米麗在巴黎》

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。

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

1.3. 框架與架構(gòu)

• 系統(tǒng)性思考的合理決策：比如技術(shù)選型、解決方案等。
• 明確的系統(tǒng)骨架：明確系統(tǒng)有哪些部分組成。
• 系統(tǒng)協(xié)作關(guān)系：各個組成部分如何協(xié)作來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)請求。
• 約束規(guī)范和指導(dǎo)原則：保證系統(tǒng)有序，高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

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(jì) 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(jì)完全是為了業(yè)務(wù)，

• 需求相對復(fù)雜.
• 非功能性需求在整個系統(tǒng)占據(jù)重要位置.
• 系統(tǒng)生命周期長,有擴(kuò)展性需求.
• 系統(tǒng)基于組件或者集成的需要.
• 業(yè)務(wù)流程再造的需要.

二. 架構(gòu)分層和分類

2.1. 業(yè)務(wù)架構(gòu)（俯視架構(gòu)）：

2.2. 應(yīng)用架構(gòu)（剖面架構(gòu)，也叫邏輯架構(gòu)圖）：

• 邏輯分層
• 子系統(tǒng)、模塊定義。
• 關(guān)鍵類。

• 接口協(xié)議：應(yīng)用對外輸出的接口。
• 協(xié)作關(guān)系：應(yīng)用之間的調(diào)用關(guān)系。

• 一種是水平分（橫向），按照功能處理順序劃分應(yīng)用，比如把系統(tǒng)分為web前端/中間服務(wù)/后臺任務(wù)，這是面向業(yè)務(wù)深度的劃分。
• 另一種是垂直分（縱向），按照不同的業(yè)務(wù)類型劃分應(yīng)用，比如進(jìn)銷存系統(tǒng)可以劃分為三個獨(dú)立的應(yīng)用，這是面向業(yè)務(wù)廣度的劃分。

• 配置設(shè)計(jì)
• 框架、類庫。

• 編碼規(guī)范，編碼的慣例。
• 項(xiàng)目模塊劃分
• 頂層文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如mvc設(shè)計(jì)。
• 依賴關(guān)系

2.6. 部署拓?fù)浼軜?gòu)圖（實(shí)際物理架構(gòu)圖）：

三. 架構(gòu)級別

• 系統(tǒng)級：即整個系統(tǒng)內(nèi)各部分的關(guān)系以及如何治理：分層
• 應(yīng)用級：即單個應(yīng)用的整體架構(gòu)，及其與系統(tǒng)內(nèi)單個應(yīng)用的關(guān)系等。
• 模塊級：即應(yīng)用內(nèi)部的模塊架構(gòu)，如代碼的模塊化、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的管理等。
• 代碼級：即從代碼級別保障架構(gòu)實(shí)施。

• 戰(zhàn)略設(shè)計(jì)：業(yè)務(wù)架構(gòu)用于指導(dǎo)架構(gòu)師如何進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。
• 戰(zhàn)術(shù)設(shè)計(jì)：應(yīng)用架構(gòu)要根據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)來設(shè)計(jì)。
• 戰(zhàn)術(shù)實(shí)施：應(yīng)用架構(gòu)確定以后，就是技術(shù)選型。

四. 應(yīng)用架構(gòu)演進(jìn)

• 性能需求：使用緩存改善性能
• 并發(fā)需求：使用集群改善并發(fā)
• 讀寫分離：數(shù)據(jù)庫地讀寫分離
• 使用反向代理和cdn加速
• 使用分布式文件和分布式數(shù)據(jù)庫

• 復(fù)雜性高：以一個百萬行級別的單體應(yīng)用為例，整個項(xiàng)目包含的模塊非常多、模塊的邊界模糊、 依賴關(guān)系不清晰、 代碼質(zhì)量參差不齊、 混亂地堆砌在一起。可想而知整個項(xiàng)目非常復(fù)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(shù)債務(wù)：隨著時間推移、需求變更和人員更迭，會逐漸形成應(yīng)用程序的技術(shù)債務(wù)， 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(yīng)用中這種思想更甚。已使用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)或代碼難以被修改，因?yàn)閼?yīng)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(gòu)建和部署的時間也會增加。而在單體應(yīng)用中， 每次功能的變更或缺陷的修復(fù)都會導(dǎo)致需要重新部署整個應(yīng)用。全量部署的方式耗時長、 影響范圍大、 風(fēng)險(xiǎn)高， 這使得單體應(yīng)用項(xiàng)目上線部署的頻率較低。而部署頻率低又導(dǎo)致兩次發(fā)布之間會有大量的功能變更和缺陷修復(fù)，出錯率比較高。

• 可靠性差：某個應(yīng)用Bug，例如死循環(huán)、內(nèi)存溢出等， 可能會導(dǎo)致整個應(yīng)用的崩潰。

• 擴(kuò)展能力受限：單體應(yīng)用只能作為一個整體進(jìn)行擴(kuò)展，無法根據(jù)業(yè)務(wù)模塊的需要進(jìn)行伸縮。例如，應(yīng)用中有的模塊是計(jì)算密集型的，它需要強(qiáng)勁的CPU；有的模塊則是IO密集型的，需要更大的內(nèi)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(shù)創(chuàng)新：單體應(yīng)用往往使用統(tǒng)一的技術(shù)平臺或方案解決所有的問題， 團(tuán)隊(duì)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(shù)平臺會非常困難。

• 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(zé)任清晰：把項(xiàng)目拆分成若干個子項(xiàng)目，不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)不同的子項(xiàng)目。

• 擴(kuò)展方便：增加功能時只需要再增加一個子項(xiàng)目，調(diào)用其他系統(tǒng)的接口就可以。

• 部署方便：可以靈活的進(jìn)行分布式部署。

• 提高代碼的復(fù)用性：比如Service層，如果不采用分布式rest服務(wù)方式架構(gòu)就會在手機(jī)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(hù)一起升級，這時候就可以采用分布式rest服務(wù)方式，公用一個service層。

• 缺點(diǎn)：系統(tǒng)之間的交互要使用遠(yuǎn)程通信，接口開發(fā)增大工作量，但是利大于弊。

• 易于開發(fā)和維護(hù)：一個微服務(wù)只會關(guān)注一個特定的業(yè)務(wù)功能，所以它業(yè)務(wù)清晰、代碼量較少。開發(fā)和維護(hù)單個微服務(wù)相對簡單。而整個應(yīng)用是由若干個微服務(wù)構(gòu)建而成的，所以整個應(yīng)用也會被維持在一個可控狀態(tài)。

• 單個微服務(wù)啟動較快：單個微服務(wù)代碼量較少， 所以啟動會比較快。

• 局部修改容易部署：單體應(yīng)用只要有修改，就得重新部署整個應(yīng)用，微服務(wù)解決了這樣的問題。一般來說，對某個微服務(wù)進(jìn)行修改，只需要重新部署這個服務(wù)即可。

• 技術(shù)棧不受限：在微服務(wù)架構(gòu)中，可以結(jié)合項(xiàng)目業(yè)務(wù)及團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)，合理地選擇技術(shù)棧。例如某些服務(wù)可使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL；某些微服務(wù)有圖形計(jì)算的需求，可以使用Neo4j；甚至可根據(jù)需要，部分微服務(wù)使用Java開發(fā)，部分微服務(wù)使用Node.js開發(fā)。

• 運(yùn)維要求較高：更多的服務(wù)意味著更多的運(yùn)維投入。在單體架構(gòu)中，只需要保證一個應(yīng)用的正常運(yùn)行。而在微服務(wù)中，需要保證幾十甚至幾百個服務(wù)服務(wù)的正常運(yùn)行與協(xié)作，這給運(yùn)維帶來了很大的挑戰(zhàn)。

• 分布式固有的復(fù)雜性：使用微服務(wù)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)延遲、分布式事務(wù)等都會帶來巨大的挑戰(zhàn)。

• 接口調(diào)整成本高：微服務(wù)之間通過接口進(jìn)行通信。如果修改某一個微服務(wù)的API，可能所有使用了該接口的微服務(wù)都需要做調(diào)整。

• 重復(fù)勞動：很多服務(wù)可能都會使用到相同的功能，而這個功能并沒有達(dá)到分解為一個微服務(wù)的程度，這個時候，可能各個服務(wù)都會開發(fā)這一功能，從而導(dǎo)致代碼重復(fù)。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(wù)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。

五. 衡量架構(gòu)的合理性

• 能解決當(dāng)下業(yè)務(wù)需求和問題
• 高效完成業(yè)務(wù)需求: 能以優(yōu)雅且可復(fù)用的方式解決當(dāng)下所有業(yè)務(wù)問題
• 前瞻性設(shè)計(jì): 能在未來一段時間都能以第2種方式滿足業(yè)務(wù)，從而不會每次當(dāng)業(yè)務(wù)進(jìn)行演變時，導(dǎo)致架構(gòu)翻天覆地的變化。

5.2. 非業(yè)務(wù)需求角度

• 高可用：要盡可能的提高軟件的可用性，我想每個操作人都不愿意看到自己的工作無法正常進(jìn)行。黑盒白盒測試、單元測試、自動化測試、故障注入測試、提高測試覆蓋率等方式來一步一步推進(jìn)。

• 文檔化：不管是整體還是部分的整個生命周期內(nèi)都必須做好文檔化，變動的來源包括但不限于BUG，需求。
• 可擴(kuò)展：軟件的設(shè)計(jì)秉承著低耦合的理念去做，注意在合理的地方抽象。方便功能更改、新增和運(yùn)用技術(shù)的迭代，并且支持在適時對架構(gòu)做出重構(gòu)。
• 高復(fù)用：為了避免重復(fù)勞動，為了降低成本，我們希望能夠重用之前的代碼、之前的設(shè)計(jì)。這點(diǎn)對于架構(gòu)環(huán)境的依賴是最大的。

• 安全：組織的運(yùn)作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都是具有商業(yè)價(jià)值的，保證數(shù)據(jù)的安全也是刻不容緩的一部分。以免出現(xiàn)XX門之類丑聞。加密、https等為普遍手段

六. 常見架構(gòu)誤區(qū)

開高走落不到實(shí)處

• 遺漏關(guān)鍵性約束與非功能需求
• 為虛無的未來埋單而過度設(shè)計(jì)
• 過早做出關(guān)鍵性決策
• 客戶說啥就是啥成為傳話筒
• 埋頭干活兒缺乏前瞻性
• 架構(gòu)設(shè)計(jì)還要考慮系統(tǒng)可測性
• 架構(gòu)設(shè)計(jì)不要企圖一步到位

• 誤區(qū)1——架構(gòu)專門由架構(gòu)師來做，業(yè)務(wù)開發(fā)人員無需關(guān)注：架構(gòu)的再好，最終還是需要代碼來落地，并且組織越大這個落地的難度越大。不單單是系統(tǒng)架構(gòu)，每個解決方案每個項(xiàng)目也由自己的架構(gòu)，如分層、設(shè)計(jì)模式等。如果每一塊磚瓦不夠堅(jiān)固，那么整個系統(tǒng)還是會由崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。所謂“千里之堤，潰于蟻穴”。
• 誤區(qū)2——架構(gòu)師確定了架構(gòu)藍(lán)圖之后任務(wù)就結(jié)束了：架構(gòu)不是“空中樓閣”，最終還是要落地的，但是架構(gòu)師完全不去深入到第一線怎么知道“地”在哪？怎么才能落的穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)。
• 誤區(qū)3——不做出完美的架構(gòu)設(shè)計(jì)不開工：世上沒有最好架構(gòu)，只有最合適的架構(gòu),不要企圖一步到位。我們需要的不是一下子造出一輛汽車，而是從單輪車→自行車→摩托車，最后再到汽車。想象一下2年后才能造出的產(chǎn)品，當(dāng)初市場還存在嗎？
• 誤區(qū)4—— 為虛無的未來埋單而過度設(shè)計(jì)：在創(chuàng)業(yè)公司初期，業(yè)務(wù)場景和需求邊界很難把握，產(chǎn)品需要快速迭代和變現(xiàn)，需求頻繁更新，這個時候需要的是快速實(shí)現(xiàn)。不要過多考慮未來的擴(kuò)展，說不定功能做完，效果不好就無用了。如果業(yè)務(wù)模式和應(yīng)用場景邊界都已經(jīng)比較清晰，是應(yīng)該適當(dāng)?shù)目紤]未來的擴(kuò)展性設(shè)計(jì)。
• 誤區(qū)5——一味追隨大公司的解決方案：由于大公司巨大成功的光環(huán)效應(yīng)，再加上從大公司挖來的技術(shù)高手的影響，網(wǎng)站在討論架構(gòu)決策時，最有說服力的一句話就成了“淘寶就是這么搞的”或者“騰訊 就是這么搞的”。大公司的經(jīng)驗(yàn)和成功模式固然重要，值得學(xué)習(xí)借鑒，但如果因此而變得盲從，就失去了堅(jiān)持自我的勇氣，在架構(gòu)演化的道路上遲早會迷路。
• 誤區(qū)6——為了技術(shù)而技術(shù)：技術(shù)是為業(yè)務(wù)而存在的，除此毫無意義。在技術(shù)選型和架構(gòu)設(shè)計(jì)中，脫離網(wǎng)站業(yè)務(wù)發(fā)展的實(shí)際，一味追求時髦的新技術(shù)，可能會將技術(shù)發(fā)展引入崎嶇小道，架構(gòu)之路越走越難。考慮實(shí)現(xiàn)成本、時間、人員等各方面都要綜合考慮，理想與現(xiàn)實(shí)需要折中。

七. 架構(gòu)知識體系

• 初始階段：LAMP,部署在一臺服務(wù)器
• 應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器分離
• 使用緩存改善性能
• 使用集群改善并發(fā)
• 數(shù)據(jù)庫地讀寫分離
• 使用反向代理和cdn加速
• 使用分布式文件和分布式數(shù)據(jù)庫
• 業(yè)務(wù)拆分
• 分布式服務(wù)

• 分布式應(yīng)用和服務(wù)
• 分布式靜態(tài)資源
• 分布式數(shù)據(jù)和存儲
• 分布式計(jì)算

• cdn
• 方向代理訪問資源
• 本地緩存
• 分布式緩存

• 提供系統(tǒng)的可用性
• 加快響應(yīng)速度

• 性能測試
• 前端優(yōu)化
• 應(yīng)用優(yōu)化
• 數(shù)據(jù)庫優(yōu)化

• 負(fù)載均衡
• 數(shù)據(jù)備份
• 自動發(fā)布
• 灰度發(fā)布
• 監(jiān)控報(bào)警

• 負(fù)載均衡
• 緩存負(fù)載均衡

• 分布式消息
• 服務(wù)化

• xss攻擊
• sql注入
• csr攻擊
• web防火墻漏洞
• 安全漏洞
• ssl

八. 架構(gòu)書籍推薦

大多數(shù)時候所謂的“技術(shù)之玻璃天花板”其實(shí)只是缺乏軟技能而已。這些技能可以學(xué)到，缺乏的知識可以通過決定改變的努力來彌補(bǔ)。

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