10 個經常使用的軟件架構模式

你是否曾經思考過如何設計大型的企業級系統？在決定啓動軟件開發以前，首要的是選擇恰當的架構來指引系統的功能及質量屬性設計。所以在將軟件架構應用於設計以前，必須要了解經常使用的架構模式。

什麼是架構模式?

Wikipedia 的解釋：

在軟件架構中，架構模式是對特定環境下常見問題的通用且可重用的解決方案。架構模式與軟件設計模式很類似，但架構模式的層次更高，且外延更大。

這篇文章將簡述常見的 10 種架構模式的概念、用法以及其優缺點。

1. 分層模式(Layered pattern)
2. 客戶端／服務器模式(Client-server pattern)
3. 主／從模式(Master-slave pattern)
4. 管道／過濾器模式(Pipe-filter pattern)
5. 代理模式(Broker pattern)
6. 對等模式(Peer-to-peer pattern)
7. 事件總線模式(Event-bus pattern)
8. 模型／視圖／控制器(MVC)模式(Model-view-controller pattern)
9. 黑板模式(Blackboard pattern)
10. 解析器模式(Interpreter pattern)

一、分層模式(Layered pattern)

分層模式用於對結構化設計的軟件進行層次拆解，每一個層次爲獨立的抽象，爲其上層抽象提供服務。

系統一般被拆分爲如下四個層次：

• 表示層（也稱爲 UI 層）
• 應用層（也稱爲服務層）
• 業務邏輯層（也稱爲領域層）
• 數據訪問層（也稱爲持久化層）

使用場景

• 通用桌面應用程序
• 電子商務 Web 應用

二、 客戶端／服務器模式(Client-server pattern)

客戶端／服務器模式由兩個部分構成：一個服務器與多個客戶端。服務器組件同時爲多個客戶端組件提供服務。客戶端向服務器發啓服務請求，服務器將相應服務信息迴應給客戶端。此外，服務器持續監聽來自客戶端的請求。

使用場景

• 電子郵件、文件共享及銀行業務等在線應用

三、 主／從模式(Master-slave pattern)

主／從模式由兩個部分構成：主設備與從設備。主服務組件將做業分發給多個從設備組件，並根據這些從設備反饋的結果，計算生成最終結果。

使用場景

• 數據庫複製，主數據庫被認定爲權威數據源，各從數據庫與主數據保持同步
• 在計算機系統中經過總線互連的各設備（包括主設備與從設備）

四、 管道／過濾器模式(Pipe-filter pattern)

管道／過濾器模式用於構造用於生成及處理數據流的系統。每一個處理過程都封裝在 過濾器（filter） 組件之中，要處理的數據經過 管道(pips) 進行投遞。管道同時用於做爲 過濾器（filter） 間的緩衝及同步。

使用場景

• 編譯器，一系列的過濾器用於詞法分析、語法分析、語義分析及代碼生成
• 生物信息學的工做流

五、代理模式（Broker pattern）

代理模式用於在結構化系統中對組件解耦。系統內各組件間採用遠過程調用（remote service invocations）的方式交互。 代理（Broker） 組件充當組件間通信的協調角色。

提供服務的組件將其能力（服務以及特性）發佈給代理，客戶端均向代理請求服務，由代理將請求重定向到先前已發佈過對應服務的組件進行處理。

使用場景

• 消息中間件軟件：Apache ActiveMQ，Apache Kafka，RabbitMQ 與 JBoss 等等

六、 對等模式(Peer-to-peer pattern)

對等模式中的組件稱之爲對等體（peer），對等體既做爲向其餘對等體請求服務的客戶端，同時也作爲響應其餘對等體請求的服務端。對等體能夠在運行過程當中動態地改變其角色，即，既能夠單獨作爲客戶端或服務端運行，又可同時做爲客戶端與服務端運行。

使用場景

• 網絡文件共享： Gnutella 與 G2 )
• 流媒體協議： P2PTV 與 PDTP .
• 流媒體應用： Spotify .

七、事件總線模式（Event-bus pattern）

事件總線模式應用於事件處理，主要由四個組件構成： 事件源（event source），事件偵聽者（event listener），通道（Channel）以及總線（event bus） 。 事件源將消息發佈到總線的特定通道，偵聽者訂閱相應的通道，事件源所發佈的消息經通道通告給訂閱通道的偵聽者。

使用場景

• Android 開發
• 通告（Notification）服務

八、 模型／視圖／控制器(MVC)模式（Model-view-controller pattern）

模型／視圖／控制器模式（簡稱 MVC 模式）將交互式應用程序拆分爲三個部分：

1. 模型（model） – 包含核心功能及數據
2. 視圖（view） – 呈現信息給用戶（經過有多個視圖）
3. 控制器（controller） – 處理用戶的輸入操做

MVC 模式經過將內部信息表示、用戶信息呈現以及用戶操做接收分開的方式解耦組件，實現高效代碼重用。

使用場景

• 主流開發語言所構建的互聯網網頁應用架構
• Django 與 Rails 等網頁應用開發框架

九、 黑板模式（Blackboard pattern）

黑板模式適用於 無預知肯定解決策略 的問題，主要由三個組件構成：

1. 黑板（blackboard） – 用於存儲解空間對象的結構化全局內存
2. 知識（knowledge） 源 – 能自表意的專用模塊
3. 控制（control） 組件 – 選擇、配置與執行的模塊

全部的組件均能訪問黑板，組件可將新生成的數據對象寫入黑板，也能夠經過模式匹配從黑板中獲取知識源所生成的特定數據。

使用場景

• 語音識別
• 車輛識別和追蹤
• 蛋白質的結構鑑定
• 聲納信號解析

十、 解析器模式（Interpreter pattern）

解析器模式用於設計語言的解析程序，主要用於指定評估程序代碼行，即解析出特定語言的語句與表達式，其核心思想是爲語言的每一個符號定義相應的類。

使用場景

• SQL 等數據庫查詢語言
• 通信協議描述語言

上述架構模式的對比

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下表格總結了各架構模式的優缺點