01 | 架构的本质：如何打造一个有序的系统？

我们知道，现在的软件系统越来越复杂，当然相应地，架构的作用也越来越明显。作为开发人员，我们每天都在和架构打交道，在这个过程中，对于架构也经常会产生各种各样的问题：

什么是架构？架构都有哪些分类，分别解决什么问题呢？

怎样才是一个好的架构设计？我怎么才能成长为一名优秀的架构师呢？

这些问题涉及我们对架构的认识，也是学习和运用架构的开始。所以，今天，我们就来深入地分析架构的实质，让你能够透彻地理解它。

作为专栏的第一讲，希望先和你讨论架构中理念性的部分，就是所谓架构的道，这样可以指导你学习后续的实操层面的内容，也就是架构的术。

接下来，我们就正式开始吧，先说下我对架构本质的理解。

架构的本质

物理学中有个很著名的“熵增定律”：一个封闭系统，都是从有序到无序，也就是它的熵（即混乱程度）会不断地增加，最终系统会彻底变得无序。

这个理论放在软件系统的演化上，也是非常适用的。

一方面，随着业务需求的增加，我们会往系统里不停地添加业务功能；另一方面，随着访问量的不断增加，我们会不断通过技术手段来加强系统非业务性功能。如果事先不做良好的设计，随着时间的推进，整个系统野蛮生长，就会逐渐碎片化，越来越无序，最终被推倒重来。

不过，自然界中的生物可以通过和外界交互，主动进行新陈代谢，制造“负熵”，也就是降低混乱程度，来保证自身的有序性，继续生存。比如，植物通过光合作用，把光能、二氧化碳和水合成有机物，以此滋养自己，延续生命。对于软件系统，我们也可以主动地调整系统各个部分的关系，保证系统整体的有序性，来更好地适应不断增长的业务和技术变化。这种系统内部关系的调整就是通过架构实现的，所以，架构的本质就是：

通过合理的内部编排，保证系统高度有序，能够不断扩展，满足业务和技术的变化。

这里包含两层意思，我们具体展开说下：

首先，架构的出发点是业务和技术在不断复杂化，引起系统混乱，需要通过架构来保证有序。我们知道架构这个词来源于建筑行业，那为什么建筑行业需要“架构”呢？

搭一个草房子很简单，可以直接上手；盖一个 2 层楼房，稍微复杂一些，但在工匠的经验指导下，问题也不大；而盖一座高楼，复杂性就大不一样了，我们需要考虑内部结构、承重、采光、排水、防雷抗震等，这就需要专业人员事先做好整体的架构设计，并严格地按照设计来施工。

这里，可以看到，建筑里的架构不是天然就有的，而是因为建筑越来越复杂，我们需要通过架构来管理这种复杂性，避免建造过程的失控。

软件系统也是如此，从简单的桌面应用发展到现在的大型互联网平台，这个过程中，系统规模越来越大，业务和技术也越来越复杂。我们同样需要通过架构设计，消化复杂性带来的混乱，使系统始终处于一个有序状态，能够应对现有和将来的需求变化。

其次，架构实现从无序到有序，是通过合理的内部编排实现的，基本的手段，就是“分”与“合”，先把系统打散，然后将它们重新组合，形成更合理的关系。

具体地说，“分”就是把系统拆分为各个子系统、模块、组件。拆分的时候，首先要解决每个部分的定位问题，然后根据定位，划分彼此的边界，最后实现合理的拆分，我们比较熟悉的微服务架构，就是一种典型的拆分做法。

“合”就是基于业务流程和技术手段，把各个组件有机整合在一起。比如说在微服务架构中，拆分为具体微服务后，我们需要对这些服务进行归类和分层，有些属于底层基础服务，有些属于上层聚合服务，还要尽可能地实现服务的平台化，比如我们最近说的中台，这些都是合的思想体现。

这个分与合的过程将系统的复杂性分解为两个层次：

首先，各个子系统承担独立的职责，内部包含了自身的复杂性。子系统的复杂性对外部是透明的，外部不用关心。

其次，子系统通过封装后，简化为职责明确的一个点，因此，我们只需要在合的过程中，解决各个点之间的依赖关系，这样就可以定义出系统整体。

举个例子，我们都知道 GoF 的 23 个设计模式，在 Builder 模式中，它的主逻辑只需要给出各个部件的组装关系即可，它不关心创建某个具体部件的内部逻辑，这个可以交给工厂模式去实现。这里，Builder 模式负责粗粒度的组装逻辑，它承担的是合的部分；工厂模式负责细粒度的构造逻辑，承担的是分的部分，大家各自管理自己的复杂性。

通过合理的“分”与“合”，系统不是回到了原点，而是把原先铁板一块的系统变成一个富有弹性的结构化系统。这样，系统的复杂性有效地分解了，系统的有序度大幅度地提升了。

当然，系统的复杂性是多方面的，有技术上和业务上的，架构也是一个体系，会有多种架构一起来应对这些复杂性挑战。那么接下来，我们就来具体看下。

架构的分类

按照不同的角度，架构可以有很多分类，但一般来说，主要分为业务架构、应用架构和技术架构。那么，这些架构分别为谁服务，解决什么问题，相互之间是什么关系呢？

回答这些问题前，我们先来看下系统的落地过程。

系统首先由人来开发，然后由机器来运行，人和机器共同参与一个系统的落地。

对于负责开发的人来说，比较头疼的是，业务太复杂，脑子想不清楚，即使当前勉强把业务逻辑转化为代码，系统后续的维护也是问题。因此，开发人员的要求是系统概念清晰，业务逻辑容易理解，可以直观地进行代码开发。

对于负责运行的机器来说，比较头疼的是，外部请求并发量太大，导致机器扛不住，有的时候，硬件还会出问题。因此，它的要求是系统能够水平扩展，支持硬件容错，保证系统的高性能和高可用。

这里，开发的痛点主要由业务架构和应用架构来解决，机器的痛点主要由技术架构来解决。

为什么这么说呢？我们看下，这些架构具体都是做什么用的。

简单来说，业务架构就是讲清楚核心业务的处理过程，定义各个业务模块的相互关系，它从概念层面帮助我们理解系统面临哪些问题以及如何处理；而应用架构就是讲清楚系统内部是怎么组织的，有哪些应用，相互间是怎么调用的，它从逻辑层面帮助我们理解系统内部是如何分工与协作的。

技术架构就是讲清楚系统由哪些硬件、操作系统和中间件组成，它们是如何和我们开发的应用一起配合，应对各种异常情况，保持系统的稳定可用。所以，技术架构从物理层面帮助我们理解系统是如何构造的，以及如何解决稳定性的问题。

这里可以看到，业务架构、应用架构和技术架构，分别从概念、逻辑和物理层面定义一个系统。业务架构给出了业务模块的划分和依赖关系，这也大致决定了应用系统如何分工和协作，当然这不需要严格地一一对应，比如一个商品业务，可能对应 3 个应用，一个前台商品展示应用、一个后台商品管理应用，以及一个商品基础服务，但这不影响我们从逻辑上理解，一个业务场景，有哪些应用参与，并且它们是如何协作的。

而技术架构呢，通过保障应用的稳定运行，最终保证业务不出问题。比如在大促的时候，多个应用可能会受大流量冲击，技术架构就要考虑怎么通过技术手段，保障相关的应用能够处理高并发，从而保证大促顺利进行。

这里，举个拍电影的例子，来帮助你更直观地理解这三种架构的关系：业务架构定义了这个电影的故事情节和场景安排；应用架构进一步定义有哪些角色，每个角色有哪些职责，并且在每个场景中，这些角色是如何互动的；技术架构最后确定这些角色由谁来表演，物理场景上是怎么布置的，以此保证整个拍摄能够顺利完成。

最后，强调一下：系统是人的系统，架构首先是为人服务的。因此，业务概念清晰、应用分工合理、人好理解是第一位的。然后，我们再考虑技术选型的问题，保证系统非功能性目标的实现。所以做架构设计时，一般是先考虑业务架构，再应用架构，最后是技术架构。

什么是好的架构？

从上面的内容，我们不难看出，一个好的架构必须满足两方面挑战：业务复杂性和技术复杂性。

1. 业务复杂性

系统首先要满足当前的业务需求，在此基础上，还要满足将来的业务需求，因此系统要能不断地扩展变化，包括调整现有功能，以及增加新功能。

而且，系统的功能变化不能影响现有业务，不要一修改，就牵一发动全身，到处出问题。因此，在架构设计上，要做到系统的柔性可扩展，能够根据业务变化做灵活的调整。

此外，市场不等人，上新业务要快，之前花了半年上了个业务，这回再上个类似的新业务，需要短时间就能落地。因此，架构设计上，还要做到系统功能的可重用，这样才能通过快速复用，实现业务敏捷和创新。

2. 技术复杂性

要保证一个业务能正常运行，除了满足业务功能之外，还要保证这个系统稳定可用。

一个复杂系统是由很多部分组成的，如应用程序、服务器、数据库、网络、中间件等，都可能会出问题。那怎么在出问题时，能够快速恢复系统或者让备用系统顶上去呢？

还有流量问题，平时流量不大，少量机器就可以处理，但在大促的时候，大量流量进来，系统是不是能够通过简单地加机器方式就能支持呢？

此外还有低成本的问题，系统能否做到，使用廉价设备而不是高大上的 IOE 设备，使用免费的开源组件而不是昂贵的商业套件，使用虚拟化技术而不是物理机，并且在流量低谷和高峰的不同时期，让系统能够弹性缩容和扩容呢？

这些都属于技术性的挑战，解决的是系统的非业务性功能，也都是架构设计要支持的。

因此，一个好的架构设计既要满足业务的可扩展、可复用；也要满足系统的高可用、高性能和可伸缩，并尽量采用低成本的方式落地。所以，对架构设计来说，技术和业务两手都要抓，两手都要硬。

那么，一个优秀的架构师需要具备什么样的能力，才能设计一个好的架构呢？

什么是好的架构师？

一个优秀的架构师，应具备很强的综合能力，要内外兼修，“下得厨房，上得厅堂”，下面来通过典型的架构方式，来介绍一名优秀架构师应该具备的能力：

一个驾校教练，必定开车技术好；一个游泳教练，必定游泳水平好，因为这些都是实践性很强的工作。架构师也是一样，TA 必定是一个出色的程序员，写的一手好代码。

在此基础上，架构师要有技术的广度（多领域知识）和深度（技术前瞻）。对主流公司的系统设计非常了解，知道优劣长短，碰到实际问题，很快就能提供多种方案供评估。

此外，架构师还需要有思维的高度，具备抽象思维能力。抽象思维是架构师最重要的能力，架构师要善于把实物概念化并归类。比如，面对一个大型的 B2C 网站，能够迅速抽象为采购 -> 运营 -> 前台搜索 -> 下单 -> 履单这几大模块，对系统分而治之。

架构师还需要有思维的深度，能够透过问题看本质。透过问题看本质是由事物的表象到实质，往深层次挖掘。比如，看到一段 Java 代码，知道它在 JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）中如何执行；一个跨网络调用，知道数据是如何通过各种介质（比如网卡端口）到达目标位置。透过问题看本质，可以使架构师能够敏锐地发现底层的真实情况，以端到端闭环的方式去思考问题，能够识别系统的短板并解决它。

还有很重要的一点，能落地的架构才是好架构，所以架构师还需要具备良好的沟通能力（感性），能确保各方对架构达成共识，愿意采取一致的行动；而良好的平衡取舍能力（理性），可以确保架构在现有资源约束下是最合理的，能让理想最终照进现实。

总结

今天分享了架构的本质，架构的终极目标是保证系统的有序，通过拆分和整合，使系统具有柔性，能够进化，从而可以满足现有的和将来的各种变化。

如果能深入地理解架构的这些本质和手段，就可以不用照搬某某大厂的方案了，而是能够根据实际情况，以最合理的方式来解决系统面临的问题。

这里呢，也分享了架构的三种典型分类，包括它们各自的定位和相互关系，相信你现在对架构整体有了一个简明的框架，知道架构设计都要做哪些事情了。

最后，提供了高标准的架构师能力模型，这样，能比较清楚自己的努力方向是什么，这些要求很高，但也不要有任何的畏难情绪，可以在架构实践中，逐步地往这个目标上靠近，通过本专栏后续的学习，相信也可以更快地达到这个目标。

最后，留一道思考题：除了本文提到的三种架构，你还知道有哪些架构分类，它们分别做什么用？