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- 前言 -

在軟件研發(fā)這個領域，程序員的終極目標都是想成為一名合格的架構(gòu)師。然而夢想很美好，但現(xiàn)實卻很曲折。

在實際工作中，程序員會分很多種，有的擅長編碼實現(xiàn)，有的擅長底層原理，有的擅長邏輯實現(xiàn)等等，在各自的領域都表現(xiàn)不俗、擔當核心，然而，面臨更高層架構(gòu)設計時，很多優(yōu)秀的程序員卻折戟沙場，未能完成華麗轉(zhuǎn)身。

架構(gòu)的真諦是什么呢？架構(gòu)真的如此難把控嗎？難道真的只有天資聰慧、天賦異能的程序員才能駕馭架構(gòu)嗎？

不要氣餒，平常心，其實人人都是架構(gòu)師，可能你做的任一一件事已無形中用到了架構(gòu)。

本篇文章將帶您慢慢走進架構(gòu)，揭秘架構(gòu)的真諦。正如，架構(gòu)不是神秘物，吸取真諦即了然。

- 架構(gòu)的背景 -

如果想要深入理解某一事物的本質(zhì)，最好的方式就是去追尋這個事物出現(xiàn)的歷史背景和推動因素。所以我們先來梳理一下軟件開發(fā)的進化史，探索一下軟件架構(gòu)出現(xiàn)的歷史背景。

1、機器語言

最早的軟件開發(fā)使用的是“機器語言”，其直接使用二進制碼0和1來表示機器可以識別的指令和數(shù)據(jù)。

比如：為了完成“將寄存器 BX 的內(nèi)容送到 AX 中”，機器語言如下：

1000100111011000

面對上面的1&0的字符串，不用多說，程序員心里肯定會萬馬奔騰吧，更別說輸入錯誤要去定位問題，求程序員的心里陰影面積？

歸納一下，機器語言的主要問題是三難：

太難寫、太難讀、太難改！

2、匯編語言

為了解決機器語言編寫、閱讀、修改復雜的問題，匯編語言應運而生。匯編語言又叫“符號語言”，用助記符代替機器指令的操作碼，用地址符號（Symbol）或標號（Label），代替指令或操作數(shù)的地址。

比如：為了完成“將寄存器 BX 的內(nèi)容送到 AX 中”，匯編語言如下：

mov ax,bx

相比機器語言來說，匯編語言就清晰得多了。匯編語言雖然解決了機器語言讀寫復雜的問題，但本質(zhì)上還是面向機器的，因為寫匯編語言需要我們精確了解計算機底層的知識。

面向機器的語言，帶來的問題就是：

匯編語言需要針對不同 CPU 的匯編指令和結(jié)構(gòu)，代碼編寫多份。

3、高級語言

為了解決匯編語言的問題，前輩們又設計出了一個“高級語言”。為什么會叫“高級語言”呢？原因在于這些語言讓程序員不需要關注機器底層的低級結(jié)構(gòu)和指令，只需要關注具體的問題和業(yè)務即可。

比如：以4+6=?這個加法為例，如果用Lisp語言，只需要簡單一行代碼：

(+ 4 6)

除此以外，通過編譯程序的處理，高級語言可以被編譯為適合不同CPU指令的機器語言。程序員只要寫一次程序，就可以在不同的機器上編譯運行，無須根據(jù)不同的機器指令重寫整個程序。

4、兩次軟件危機

第一次軟件危機與結(jié)構(gòu)化程序設計

高級語言的出現(xiàn)，解放了程序員，但好景不長，隨著軟件的規(guī)模和復雜度的大大增加，軟件質(zhì)量低下，質(zhì)量把控難度高，項目無法如期完成，嚴重超支等現(xiàn)象。例如，1963 年美國的水手一號火箭發(fā)射失敗事故，就是因為一行 FORTRAN 代碼錯誤導致的。

所以，為了解決上面的問題，針對性的提出了解決方法“軟件工程”，雖然“軟件工程”提出之后也曾被視為軟件領域的銀彈，但后來事實證明，軟件工程同樣無法根除軟件危機，只能在一定程度上緩解軟件危機。

差不多同一時間，“結(jié)構(gòu)化程序設計” 作為另外一種解決軟件危機的方案被提了出來。結(jié)構(gòu)化程序設計的主要特點是拋棄 goto 語句，采取“自頂向下、逐步細化、模塊化”的指導思想。

結(jié)構(gòu)化程序設計本質(zhì)上還是一種面向過程的設計思想，但通過“自頂向下、逐步細化、模塊化”的方法，將軟件的復雜度控制在一定范圍內(nèi)，從而從整體上降低了軟件開發(fā)的復雜度。

第二次軟件危機與面向?qū)ο?/span>

結(jié)構(gòu)化編程的風靡在一定程度上緩解了軟件危機，然而隨著硬件的快速發(fā)展，業(yè)務需求越來越復雜，以及編程應用領域越來越廣泛，第二次軟件危機很快就到來了。

第二次軟件危機的根本原因還是在于軟件生產(chǎn)力遠遠跟不上硬件和業(yè)務的發(fā)展。

第一次軟件危機的根源在于軟件的“邏輯”變得非常復雜；

第二次軟件危機主要體現(xiàn)在軟件的“擴展”變的非常復雜。

結(jié)構(gòu)化程序設計雖然能夠緩解軟件邏輯的復雜性，但是對于業(yè)務變化帶來的軟件擴展卻無能為力。軟件領域迫切希望找到新的銀彈來解決軟件危機，在這種背景下，面向?qū)ο蟮乃枷腴_始流行起來。

雖然面向?qū)ο箝_始也被當做解決軟件危機的銀彈，在一定程度上解決了軟件“擴展”帶來的復雜性。但事實證明，和軟件工程、結(jié)構(gòu)化程度設計一樣，面向?qū)ο笠膊皇倾y彈，而只是一種新的軟件方法而已。

5、軟件架構(gòu)的產(chǎn)生

與之前的各種新方法或者新理念不同的是，“軟件架構(gòu)”出現(xiàn)的背景并不是整個行業(yè)都面臨類似相同的問題，“軟件架構(gòu)”也不是為了解決新的軟件危機而產(chǎn)生的，這是怎么回事呢？

隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的增加，計算相關的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不再構(gòu)成主要的設計問題。當系統(tǒng)由許多部分組成時，整個系統(tǒng)的組織，也就是所說的“軟件架構(gòu)”，產(chǎn)生了一系列新的設計問題。比如：

系統(tǒng)規(guī)模龐大，內(nèi)部耦合嚴重，開發(fā)效率低；

系統(tǒng)耦合嚴重，牽一發(fā)動全身，后續(xù)修改和擴展困難；

系統(tǒng)邏輯復雜，容易出問題，出問題后很難排查和修復；

“軟件架構(gòu)”的出現(xiàn)有其歷史必然性。第一次軟件危機引出了“結(jié)構(gòu)化編程”，創(chuàng)造了“模塊”概念；第二次軟件危機引出了“面向?qū)ο缶幊獭?，?chuàng)造了“對象”概念；直到“軟件架構(gòu)”的產(chǎn)生，創(chuàng)造了“組件”概念。

“模塊”、“對象”和“組件”本質(zhì)上都是對達到一定規(guī)模的軟件進行拆分，差別只是在于隨著軟件的復雜度不斷增加，拆分的粒度越來越粗，拆分的層次越來越高。

- 架構(gòu)指什么 -

對于技術人員來說，“架構(gòu)”是一個再常見不過的詞了。當提起“架構(gòu)”這個詞時，如果去深究一下：“架構(gòu)”到底指什么？大部分人也許并不一定能夠準確地回答。1000個人心中可能有1001種架構(gòu)的含義。

那么如何才能準確的理解架構(gòu)呢？理解架構(gòu)首先理解三個有關系而又相似的概念，包括：系統(tǒng)與子系統(tǒng)、模塊與組件、框架與架構(gòu)。

1、系統(tǒng)與子系統(tǒng)

關于“系統(tǒng)”的定義，我們先來看維基百科的定義：

系統(tǒng)泛指由一群有關聯(lián) 的個體組成，根據(jù)某種規(guī)則運作，能完成個別元件不能單獨完成的工作的群體。它的意思是“總體”、“整體”或“聯(lián)盟”。

來提煉下里面的關鍵信息：

關聯(lián)：系統(tǒng)是由一群有關聯(lián)的個體組成的，沒有關聯(lián)的個體堆在一起不能成為一個系統(tǒng)，例如：把一個發(fā)動機和一臺PC放在一起不能稱之為一個系統(tǒng)，把發(fā)動機、底盤、輪胎、車架組合起來才能成為一臺汽車。

規(guī)則：系統(tǒng)內(nèi)的個體需要按照指定的規(guī)則運作，而不是單個個體各自為政。規(guī)則規(guī)定了系統(tǒng)內(nèi)個體分工和協(xié)作的方式。例如：汽車發(fā)動機負責產(chǎn)生動力，然后通過變速器和傳動軸，將動力輸出到輪胎上，從而驅(qū)動汽車前進。

能力：系統(tǒng)能力和個體能力有本質(zhì)的差別，系統(tǒng)能力也不是個體能力之和，而是產(chǎn)生了新的能力。例如：汽車能夠載重前進，而發(fā)動機、變速器、傳動軸、車輪本身都不具備這樣的能力。

再來看下子系統(tǒng)的定義：

子系統(tǒng)也是由一群有關聯(lián)的個體所組成的系統(tǒng)，多半會是更大系統(tǒng)中的一部分。

其實子系統(tǒng)和系統(tǒng)的定義是一樣的，只是觀察的角度有差異，一個系統(tǒng)可能是另外一個更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

按照這個定義，系統(tǒng)和子系統(tǒng)比較容易理解。以微信為例來做一個分析：

微信本身是一個系統(tǒng)，包含聊天、登錄、支付、朋友圈等子系統(tǒng)；

朋友圈這個系統(tǒng)又包括動態(tài)、評論、點贊等子系統(tǒng)；

評論這個系統(tǒng)可能又包括防刷子系統(tǒng)、審核子系統(tǒng)、發(fā)布子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)等；

評論審核子系統(tǒng)不再包含業(yè)務意義上的子系統(tǒng)，而是包括各個模塊或者組件，這些模塊或者組件本身也是另外一個維度上的系統(tǒng)，例如：MySQL、Redis等存儲系統(tǒng)，但不是業(yè)務子系統(tǒng)。

2、模塊與組件

從邏輯的角度來拆分系統(tǒng)，得到的單元就是“模塊”；從物理的角度來拆分系統(tǒng)，得到的單元就是“組件”。劃分模塊的主要目的是職責分離；劃分組件的主要目的是單元復用。其實，“組件”的英文“component”也可以翻譯成中文的“零件”一詞，“零件”更容易理解一些，“零件”是一個物理的概念，并且具備“獨立且可替換”的特點。

3、框架與架構(gòu)

單純從定義的角度來看，框架關注的是“規(guī)范”，架構(gòu)關注的是“結(jié)構(gòu)”?？蚣艿挠⑽氖恰癋ramework”，架構(gòu)的英文是“Architecture”。

我們經(jīng)常會說，比如：“工程采用的是MVC架構(gòu)”、“工程使用的是SSH框架”等。所以，第一句話是站在結(jié)構(gòu)的層面來說明，第二句話是站在規(guī)范的層面來說明。

同時，如果是以不同的角度來說明結(jié)構(gòu)，會得出不同的架構(gòu)描述，比如：

從業(yè)務邏輯的角度分解，“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)：

“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)

從物理部署的角度分解，“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)：

“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)

從開發(fā)結(jié)構(gòu)的角度分解，“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)：

“學生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)

4、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)。

首先，“系統(tǒng)是一群關聯(lián)個體組成”，這些“個體”可以是“子系統(tǒng)”、“模塊”、“組件”等；架構(gòu)需要明確系統(tǒng)包含哪些“個體”。

其次，系統(tǒng)中的個體需要“根據(jù)某種規(guī)則”運作，架構(gòu)需要明確個體運作和協(xié)作的規(guī)則。

- 總結(jié) -

架構(gòu)其實就是為了應對軟件系統(tǒng)復雜度而提出的解決方案。架構(gòu)關鍵思維即為判斷與取舍。

正如，在一個有約束的盒子里去求解或接近最合適的解。這個約束的盒子可能會包含團隊經(jīng)驗、成本、資源、時間、業(yè)務階段等因素摻雜在一起的綜合體，針對這個綜合體，分析出系統(tǒng)架構(gòu)的復雜度，進行合適的判斷與取舍，從而設計出恰當?shù)募軜?gòu)用在合適的軟件系統(tǒng)中。