可扩展架构模式

可扩展的基本思想

所有的可扩展性架构设计,背后的基本思想都可以总结为一个字:拆!拆,就是将原本大一统的系统拆分成多个规模小的部分,扩展时只修改其中一部分即可,无须整个系统到处都改,通过这种方式来减少改动范围,降低改动风险。形象地说,软件系统中的“拆”是建设性的,因此难度要高得多。按照不同的思路来拆分软件系统,就会得到不同的架构。常见的拆分思路有如下三种。

  • 面向流程拆分:将整个业务流程拆分为几个阶段,每个阶段作为一部分。

  • 面向服务拆分:将系统提供的服务拆分,每个服务作为一部分。

  • 面向功能拆分:将系统提供的功能拆分,每个功能作为一部分。

理解这三种思路的关键就在于如何理解“流程”“服务”“功能”三者的联系和区别。从范围上来看,从大到小依次为:流程 > 服务 > 功能,单纯从概念解释可能难以理解,但实际上看几个案例就很清楚了。我以 TCP/IP 协议栈为例,来说明“流程”“服务”“功能”的区别和联系。

TCP/IP 协议栈和模型图如下图所示。

可扩展架构模式_第1张图片

流程对应 TCP/IP 四层模型,因为 TCP/IP 网络通信流程是:应用层 → 传输层 → 网络层 → 物理 + 数据链路层,不管最上层的应用层是什么,这个流程都不会变。服务对应应用层的 HTTP、FTP、SMTP 等服务,HTTP 提供 Web 服务,FTP 提供文件服务,SMTP 提供邮件服务,以此类推。功能每个服务都会提供相应的功能。例如,HTTP 服务提供 GET、POST 功能,FTP 提供上传下载功能,SMTP 提供邮件发送和收取功能。

我再以一个简单的学生信息管理系统为例(几乎每个技术人员读书时都做过这样一个系统),拆分方式是:

  1. 面向流程拆分展示层 → 业务层 → 数据层 → 存储层,各层含义是:展示层:负责用户页面设计,不同业务有不同的页面。例如,登录页面、注册页面、信息管理页面、安全设置页面等。业务层:负责具体业务逻辑的处理。例如,登录、注册、信息管理、修改密码等业务。数据层:负责完成数据访问。例如,增删改查数据库中的数据、记录事件到日志文件等。存储层:负责数据的存储。例如,关系型数据库 MySQL、缓存系统 Memcache 等。最终的架构如下:

  2. 面向服务拆分将系统拆分为注册、登录、信息管理、安全设置等服务,最终架构示意图如下:

  3. 面向功能拆分每个服务都可以拆分为更多细粒度的功能,例如:注册服务:提供多种方式进行注册,包括手机号注册、身份证注册、学生邮箱注册三个功能。登录服务:包括手机号登录、身份证登录、邮箱登录三个功能。信息管理服务:包括基本信息管理、课程信息管理、成绩信息管理等功能。安全设置服务:包括修改密码、安全手机、找回密码等功能。

通过学生信息管理系统的案例可以发现,不同的拆分方式,架构图差异很大。但好像无论哪种方式,最终都是可以实现的。既然如此,我们何必费尽心机去选择呢,随便挑选一个不就可以了?当然不能随便挑,否则架构设计就没有意义了,架构师也就要丢掉饭碗了。原因在于:不同的拆分方式,本质上决定了系统的扩展方式。可扩展方式当我们谈可扩展性时,很多同学都会有一个疑惑:就算是不拆分系统,只要在设计和写代码时做好了,同样不会出现到处改的问题啊?例如,在面向服务拆分的案例中,增加“学号注册”,就算是不拆分为服务,也可以控制修改的范围,那为何我们要大费周章地去拆分系统呢?在一个理想的环境,你的团队都是高手,每个程序员都很厉害,对业务都很熟悉,新来的同事很快就知晓所有的细节……那确实不拆分也没有问题。但现实却是:团队有菜鸟程序员,到底是改 A 处实现功能还是改 B 处实现功能,完全取决于他觉得哪里容易改;有的程序员比较粗心;有的程序员某天精神状态不太好;新来的同事不知道历史上某行代码为何那么“恶心”,而轻易地将其改漂亮了一些……所有的这些问题都可能出现,这时候你就会发现,合理的拆分,能够强制保证即使程序员出错,出错的范围也不会太广,影响也不会太大。下面是不同拆分方式应对扩展时的优势。

  1. 面向流程拆分扩展时大部分情况只需要修改某一层,少部分情况可能修改关联的两层,不会出现所有层都同时要修改。例如学生信息管理系统,如果我们将存储层从 MySQL 扩展为同时支持 MySQL 和 Oracle,那么只需要扩展存储层和数据层即可,展示层和业务层无须变动。2. 面向服务拆分对某个服务扩展,或者要增加新的服务时,只需要扩展相关服务即可,无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例,如果我们需要在注册服务中增加一种“学号注册”功能,则只需要修改“注册服务”和“登录服务”即可,“信息管理服务”和“安全设置”服务无须修改。3. 面向功能拆分对某个功能扩展,或者要增加新的功能时,只需要扩展相关功能即可,无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例,如果我们增加“学号注册”功能,则只需要在系统中增加一个新的功能模块,同时修改“登录功能”模块即可,其他功能都不受影响。不同的拆分方式,将得到不同的系统架构,典型的可扩展系统架构有:面向流程拆分:分层架构。面向服务拆分:SOA、微服务。面向功能拆分:微内核架构。当然,这几个系统架构并不

当然,这几个系统架构并不是非此即彼的,而是可以在系统架构设计中进行组合使用的。以学生管理系统为例,我们最终可以这样设计架构:整体系统采用面向服务拆分中的“微服务”架构,拆分为“注册服务”“登录服务”“信息管理服务”“安全服务”,每个服务是一个独立运行的子系统。其中的“注册服务”子系统本身又是采用面向流程拆分的分层架构。“登录服务”子系统采用的是面向功能拆分的“微内核”架构。专栏后面的内容我将详细阐述每种可扩展架构。小结今天我为你讲了可扩展架构的一些基本思想和方式,希望对你有所帮助。这就是今天的全部内容,留一道思考题给你吧,规则引擎是常用的一种支持可扩展的方式,按照今天的分析,它属于哪一类?欢迎你把答案写到留言区,和我一起讨论。相信经过深度思考的回答,也会让你对知识的理解更加深刻。(编辑乱入:精彩的留言有机会获得丰厚福利哦!)

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