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            湖北國聯(lián)計(jì)算機(jī)科技有限公司
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          5. 物聯(lián)網(wǎng)IOT
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          9. Software Technology Sharing |技術(shù)分享

            四種軟件架構(gòu)演進(jìn)史
            來源:湖北國菱計(jì)算機(jī)科技有限公司-湖北國聯(lián)計(jì)算機(jī)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(shí)間:2021-04-14

            如果一個(gè)軟件開發(fā)人員,不了解軟件架構(gòu)的演進(jìn),會(huì)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(diǎn),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(jī)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(xiàng)目的初期,單體應(yīng)用可以很好地運(yùn)行。然而,隨著需求的不斷增加, 越來越多的人加入開發(fā)團(tuán)隊(duì),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(hù)性、靈活性逐漸降低,維護(hù)成本越來越高。下面是單體架構(gòu)應(yīng)用的一些缺點(diǎn):

            復(fù)雜性高:以一個(gè)百萬行級別的單體應(yīng)用為例,整個(gè)項(xiàng)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€(gè)項(xiàng)目非常復(fù)雜。每次修改代碼都心驚膽戰(zhàn), 甚至添加一個(gè)簡單的功能, 或者修改一個(gè)Bug都會(huì)帶來隱含的缺陷。

            技術(shù)債務(wù):隨著時(shí)間推移、需求變更和人員更迭,會(huì)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(jì)或代碼難以被修改,因?yàn)閼?yīng)用程序中的其他模塊可能會(huì)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(shí)間也會(huì)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(huì)導(dǎo)致需要重新部署整個(gè)應(yīng)用。全量部署的方式耗時(shí)長、 影響范圍大、 風(fēng)險(xiǎn)高, 這使得單體應(yīng)用項(xiàng)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(huì)有大量的功能變更和缺陷修復(fù),出錯(cuò)率比較高。

            可靠性差:某個(gè)應(yīng)用Bug,例如死循環(huán)、內(nèi)存溢出等, 可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用的崩潰。

            擴(kuò)展能力受限:單體應(yīng)用只能作為一個(gè)整體進(jìn)行擴(kuò)展,無法根據(jù)業(yè)務(wù)模塊的需要進(jìn)行伸縮。例如,應(yīng)用中有的模塊是計(jì)算密集型的,它需要強(qiáng)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(tuán)隊(duì)中的每個(gè)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(huì)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(kuò)展,將一個(gè)大的系統(tǒng)劃分為多個(gè)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(gè)業(yè)務(wù)模塊之間通過接口進(jìn)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(fù)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(fù)載均衡的能力,大大提高了系統(tǒng)負(fù)載能力,解決了網(wǎng)站高并發(fā)的需求。另外還有以下特點(diǎn):

            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(xiàng)目拆分成若干個(gè)子項(xiàng)目,不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)不同的子項(xiàng)目。

            擴(kuò)展方便:增加功能時(shí)只需要再增加一個(gè)子項(xiàng)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(jìn)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(huì)在手機(jī)wap商城,微信商城,pc,android,ios每個(gè)端都要寫一個(gè)service層邏輯,開發(fā)量大,難以維護(hù)一起升級,這時(shí)候就可以采用分布式rest服務(wù)方式,公用一個(gè)service層。

            缺點(diǎn) : 系統(tǒng)之間的交互要使用遠(yuǎn)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(huì)影響到其他應(yīng)用,單應(yīng)用的負(fù)載也不會(huì)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(hù):一個(gè)微服務(wù)只會(huì)關(guān)注一個(gè)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(hù)單個(gè)微服務(wù)相對簡單。而整個(gè)應(yīng)用是由若干個(gè)微服務(wù)構(gòu)建而成的,所以整個(gè)應(yīng)用也會(huì)被維持在一個(gè)可控狀態(tài)。

            單個(gè)微服務(wù)啟動(dòng)較快:單個(gè)微服務(wù)代碼量較少, 所以啟動(dòng)會(huì)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(gè)應(yīng)用,微服務(wù)解決了這樣的問題。一般來說,對某個(gè)微服務(wù)進(jìn)行修改,只需要重新部署這個(gè)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(xiàng)目業(yè)務(wù)及團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn),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(jì)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(fèi)的午餐,使用它是有代價(jià)的。使用微服務(wù)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)。

            運(yùn)維要求較高:更多的服務(wù)意味著更多的運(yùn)維投入。在單體架構(gòu)中,只需要保證一個(gè)應(yīng)用的正常運(yùn)行。而在微服務(wù)中,需要保證幾十甚至幾百個(gè)服務(wù)服務(wù)的正常運(yùn)行與協(xié)作,這給運(yùn)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(gè)分布式系統(tǒng),系統(tǒng)容錯(cuò)、網(wǎng)絡(luò)延遲、分布式事務(wù)等都會(huì)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(jìn)行通信。如果修改某一個(gè)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(dòng):很多服務(wù)可能都會(huì)使用到相同的功能,而這個(gè)功能并沒有達(dá)到分解為一個(gè)微服務(wù)的程度,這個(gè)時(shí)候,可能各個(gè)服務(wù)都會(huì)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(gè)問題(例如可以將這個(gè)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(shí),已經(jīng)有一些革命先驅(qū)悄然布局另外一個(gè)云計(jì)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(shí)Lambda被描述為:一種計(jì)算服務(wù),根據(jù)時(shí)間運(yùn)行用戶的代碼,無需關(guān)心底層的計(jì)算資源。從某種意義上來說,Lambda姍姍來遲,它像云計(jì)算的PaaS理念:客戶只管業(yè)務(wù),無需擔(dān)心存儲和計(jì)算資源。在此前不久,2014年10月22日,谷歌收購了實(shí)時(shí)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(gè)API庫文件就可以使用標(biāo)準(zhǔn)REST API的各種接口對數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)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(shí)用的PaaS。這很有可能將會(huì)變革整個(gè)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(dòng)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(shí)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(jì)算資源的獲取和運(yùn)維,由平臺來按需分配計(jì)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(jìn)行計(jì)費(fèi),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(diǎn)如下所示:

            低運(yùn)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(gè)系統(tǒng)在大部分時(shí)間是空閑的,這就導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和成本上升。在微服務(wù)架構(gòu)中,服務(wù)需要一直運(yùn)行,實(shí)際上在高負(fù)載情況下每個(gè)服務(wù)都不止一個(gè)實(shí)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(jìn)行計(jì)費(fèi),按照云計(jì)算pay-as-you-go原則,如果沒有東西運(yùn)行,你就不必付款,節(jié)省了使用成本。同時(shí),用戶能夠通過共享網(wǎng)絡(luò)、硬盤、CPU等計(jì)算資源,在業(yè)務(wù)高峰期通過彈性擴(kuò)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(yùn)維:在原有的IT體系中,開發(fā)團(tuán)隊(duì)即需要維護(hù)應(yīng)用程序,同時(shí)還要維護(hù)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(tuán)隊(duì)無需再關(guān)注運(yùn)維工作,能夠更加專注于應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。

            提升可維護(hù)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(jìn)行了大量優(yōu)化,開發(fā)團(tuán)隊(duì)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(shí)使得應(yīng)用的運(yùn)維過程變得更加清晰,有效的提升了應(yīng)用的可維護(hù)性。

            更快的開發(fā)速度:這一點(diǎn)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(gè)產(chǎn)品線都同時(shí)進(jìn)行,這時(shí)候就可以考慮第三方的Baas平臺,比如使用微信的用戶認(rèn)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(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的速度,把工作重點(diǎn)放在業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)上,把產(chǎn)品更快的推向市場。

            但ServerLess架構(gòu)也有其缺點(diǎn):

            廠商平臺綁定:平臺會(huì)提供Serverless架構(gòu)給大玩家,比如AWS Lambda,運(yùn)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(gè)復(fù)雜系統(tǒng),你會(huì)粘牢AWS,以后只好任由他們漲價(jià)定價(jià)或者下架等操作,個(gè)性化需求很難滿足,不能進(jìn)行隨意的遷移或者遷移的成本比較大,同時(shí)不可避免帶來一些損失。Baas行業(yè)內(nèi)一個(gè)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(gè)平臺中產(chǎn)生一年多的數(shù)據(jù),無疑需要花費(fèi)比較大的人力和時(shí)間成本。

            成功案例比較少,沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):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(dòng)。對于Serverless缺乏統(tǒng)一的認(rèn)知以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),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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