四種軟件架構(gòu)演進史
來源：湖北國菱計算機科技有限公司-湖北國聯(lián)計算機科技有限公司-荊州網(wǎng)站建設(shè)-荊州軟件開發(fā)-政府網(wǎng)站建設(shè)公司
時間：2021-04-14
如果一個軟件開發(fā)人員，不了解軟件架構(gòu)的演進，會制約技術(shù)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(gòu)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(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 Django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。下面是單體架構(gòu)應(yīng)用的一些缺點：
復(fù)雜性高：以一個百萬行級別的單體應(yīng)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(guān)系不清晰、 代碼質(zhì)量參差不齊、 混亂地堆砌在一起?？上攵麄€項目非常復(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)計或代碼難以被修改，因為應(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)險高， 這使得單體應(yīng)用項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。
擴展能力受限：單體應(yīng)用只能作為一個整體進行擴展，無法根據(jù)業(yè)務(wù)模塊的需要進行伸縮。例如，應(yīng)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(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(shù)平臺會非常困難。
二、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。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(zé)任清晰：把項目拆分成若干個子項目,不同的團隊負責(zé)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(diào)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(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(wù)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(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(dāng)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：
易于開發(fā)和維護：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)合項目業(yè)務(wù)及團隊的特點，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)。
微服務(wù)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(wù)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)。
運維要求較高：更多的服務(wù)意味著更多的運維投入。在單體架構(gòu)中，只需要保證一個應(yīng)用的正常運行。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(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。
四、Serverless架構(gòu)
當(dāng)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)。
2014年11月14日，亞馬遜AWS發(fā)布了新產(chǎn)品Lambda。當(dāng)時Lambda被描述為：一種計算服務(wù)，根據(jù)時間運行用戶的代碼，無需關(guān)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(wù)，無需擔(dān)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(wù)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(cè)重于提供一個通用的后臺服務(wù)。這些服務(wù)被稱為Serverless或no sever。想到PaaS（平臺即服務(wù)）了是嗎？很像，用戶不需要關(guān)心基礎(chǔ)設(shè)施，只需要關(guān)心業(yè)務(wù)，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(yīng)用生命周期，一旦開發(fā)者們習(xí)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(yīng)用配置資源的時代里去了。
Serverless架構(gòu)能夠讓開發(fā)者在構(gòu)建應(yīng)用的過程中無需關(guān)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(yīng)用執(zhí)行的SLA（服務(wù)等級協(xié)議），按照調(diào)用次數(shù)進行計費，有效的節(jié)省應(yīng)用成本。ServerLess的架構(gòu)如上圖所示。其優(yōu)點如下所示：
低運營成本：在業(yè)務(wù)突發(fā)性極高的場景下，系統(tǒng)為了應(yīng)對業(yè)務(wù)高峰，必須構(gòu)建能夠應(yīng)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(dǎo)致了嚴重的資源浪費和成本上升。在微服務(wù)架構(gòu)中，服務(wù)需要一直運行，實際上在高負載情況下每個服務(wù)都不止一個實例，這樣才能完成高可用性；在Serverless架構(gòu)下，服務(wù)將根據(jù)用戶的調(diào)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(wǎng)絡(luò)、硬盤、CPU等計算資源，在業(yè)務(wù)高峰期通過彈性擴容方式有效的應(yīng)對業(yè)務(wù)峰值，在業(yè)務(wù)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(shè)備運維：在原有的IT體系中，開發(fā)團隊即需要維護應(yīng)用程序，同時還要維護硬件基礎(chǔ)設(shè)施；Serverless架構(gòu)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(shù)團隊無需再關(guān)注運維工作，能夠更加專注于應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。
提升可維護性：Serverless架構(gòu)中，應(yīng)用程序?qū)⒄{(diào)用多種第三方功能服務(wù)，組成最終的應(yīng)用邏輯。目前，例如登陸鑒權(quán)服務(wù)，云數(shù)據(jù)庫服務(wù)等第三方服務(wù)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(wù)，能夠有效的降低開發(fā)成本，同時使得應(yīng)用的運維過程變得更加清晰，有效的提升了應(yīng)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(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)品開發(fā)的速度，把工作重點放在業(yè)務(wù)實現(xiàn)上，把產(chǎn)品更快的推向市場。
但ServerLess架構(gòu)也有其缺點：
廠商平臺綁定：平臺會提供Serverless架構(gòu)給大玩家，比如AWS Lambda，運行它需要使用AWS指定的服務(wù)，比如API網(wǎng)關(guān)，DynamoDB，S3等等，一旦你在這些服務(wù)上開發(fā)一個復(fù)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(nèi)一個比較典型的事件，2016年1月19日Facebook關(guān)閉曾經(jīng)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)的標準，無法適應(yīng)所有的云平臺。
目前微服務(wù)架構(gòu)在四種架構(gòu)中處于主流地位，很多應(yīng)用第一、第二種架構(gòu)的企業(yè)也開始慢慢轉(zhuǎn)向微服務(wù)架構(gòu)。到目前為止微服務(wù)的技術(shù)相對于二三年前已經(jīng)比較成熟，第四種架構(gòu)將是未來發(fā)展的一種趨勢。
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