软件架构模式-读书笔记(5)-基于空间的架构

在一个高并发大容量的应用中，数据库通常是决定应用能够支持多少用户同时在线的关键因素。虽然各种缓存技术和数据库伸缩产品都在帮助解决这个问题，但数据库难以伸缩的现实并没有改变。

基于空间的架构模型是专门为了解决伸缩性和并发问题而设计的。它对于用户数量不可预测且数量级经常变化的情况同样适用。在架构级别来解决这个伸缩性问题通常是比增加服务器数量或者提高缓存技术更好的解决办法。

6.1 模型介绍

基于空间的模型（有时也称为云架构模型）旨在减少限制应用伸缩的因素。模型的名字来源于分布式共享内存中的tuple space（数组空间）概念。高伸缩性是通过去除中心数据库的限制，并使用从内存中复制的数据框架来获得的。保存在内存的应用数据被复制给所有运行的进程。进程可以动态的随着用户数量增减而启动或结束，以此来解决伸缩性问题。这样因为没有了中心数据库，数据库瓶颈就此解决，此后可以近乎无限制的扩展了。

这个架构中有两个主要的模块：处理单元和虚拟化中间件。下图展示了这个架构和里面的主要模块。

处理单元包含了应用模块（或者部分的应用模块）。具体来说就是包含了web组件以及后台业务逻辑。处理单元的内容根据应用的类型而异——小型的web应用可能会部署到单一的处理单元，而大型一些的应用会将应用的不同功能模块部署到不同的处理单元中。典型的处理单元包括应用模块，以及保存在内存的数据框架和为应用失败时准备的异步数据持久化模块。它还包括复制引擎，使得虚拟化中间件可以将处理单元修改的数据复制到其他活动的处理单元。

虚拟化中间件负责保护自身以及通信。它包含用于数据同步和处理请求的模块，以及通信框架，数据框架，处理框架和部署管理器。

6.2 组件间合作

基于空间的架构的魔力就在虚拟化中间件，以及各个处理单元中的内存数据框架。下图展示了包含着应用模块、内存中数据框架、处理异步数据恢复的组件和复制引擎的处理单元架构。虚拟化中间件本质上是架构的控制器，它管理请求，会话，数据复制，分布式的请求处理和处理单元的部署。虚拟化中间件有四个架构组件：通信框架，数据框架，处理框架和部署管理器。

6.2.1 通信框架

通信框架管理输入请求和会话信息。当有请求进入虚拟化中间件，通信框架就决定有哪个处理单元可用，并将请求传递给这个处理单元。通信框架的复杂程度可以从简单的round robin算法到更复杂的用于监控哪个请求正在被哪个处理单元处理的next-available算法。

6.2.2 数据框架

数据框架可能是这个架构中最重要和关键的组件。它与各个处理单元的数据复制引擎交互，在数据更新时来管理数据复制功能。由于通信框架可以将请求传递给任何可用的处理单元，所以每个处理单元包含完全一样的内存中数据就很关键。下图展示处理单元间如何同步数据复制，实际中是通过非常迅速的并行的异步复制来完成的，通常在微秒级。

6.2.3 处理框架

处理框架，就像下图所示，是虚拟化中间件中一个可选组件，负责管理在有多个处理单元时的分布式请求处理，每个处理单元可能只负责应用中的某个特定功能。如果请求需要处理单元间合作（比如，一个订单处理单元和顾客处理单元），此时处理框架就充当处理单元间数据传递的媒介。

6.2.4 部署管理器

部署管理器根据负载情况管理处理单元的动态启动和关闭。它持续检测请求所需时间和在线用户量，在负载增加时启动新的处理单元，在负载下降时关闭处理单元。它是实现可变伸缩性需求的关键。

 

从产品实现的角度讲，这个架构中的很多组件都可以从第三方获得，比如GemFire, JavaSpaces, GigaSpaces，IBM         Object Grid，nCache 和Oracle Coherence。由于架构的实现根据工程的预算和需求而异，所以作为架构师，你应该在实现或选购第三方产品前首先明确你的目标和需求。

 

空间架构优劣势分析

方向	评级	分析
整体灵活性	高	对环境变化做出快速反应的能力。因为处理单元（应用的部署实例）可以快速的启动和关闭，整个应用可以根据用户量和负载做出反应。使用这个架构通常在应对代码变化上，由于较小的应用规模和组件间相互依赖，也会反映良好。
易于部署	高	虽然基于空间的架构通常没有解耦合并且功能分布，但他们是动态的，也是成熟的基于云的工具，允许应用轻松的部署到服务器。
可测试性	低	测试高用户负载既昂贵又耗时，所以在测试架构的可伸缩性方面很困难
性能	高	通过内存中数据存取和架构中的缓存机制可获得高性能。
伸缩性	高	高伸缩性是源于几乎不依赖集中式的数据库，从而去除了这个限制伸缩性的瓶颈。
易开发性	低	主要是因为难以熟悉这个架构开发所需得工具和第三方产品，因此使用该架构需要较大的学习成本。而且，开发过程中还需要特别注意不要影响到性能和可伸缩性。