[轉]在首席架構師手裏，應用架構如此設計

轉自：http://geek.csdn.net/news/detail/73332

 

無架構，不繫統，架構是大型系統的關鍵。從形上看，架構是系統的骨架，支撐和連接各個部分；從神上看，架構是系統的靈魂，深入體現業務本質。

架構可細分爲業務架構、應用架構、技術架構，業務架構是戰略，應用架構是戰術，技術架構是裝備。其中應用架構承上啓下，一方面承接業務架構的落地，另外一方面影響技術選型。

如何針對當前需求，選擇合適的應用架構，如何面向將來，保證架構平滑過渡，這個是軟件開發者，特別是架構師，都須要深刻思考的問題。本文基於做者在大型互聯網系統的實踐和思考，和你們一塊兒探討應用架構的選型。

本文主要內容包括：

• 應用架構本質
• 單體式
• 分佈式
• SOA架構
• SOA落地方式
• 應用架構進化

應用架構本質

應用做爲獨立可部署的單元，爲系統劃分了明確的邊界，深入影響系統功能組織、代碼開發、部署和運維等各方面，應用架構定義系統有哪些應用、以及應用之間如何分工和合做。

分有兩種方式，一種是水平分，按照功能處理順序劃分應用，好比把系統分爲web前端/中間服務/後臺任務，這是面向業務深度的劃分。另外一種是垂直分，按照不一樣的業務類型劃分應用，好比進銷存系統能夠劃分爲三個獨立的應用，這是面向業務廣度的劃分。

應用的合反映應用之間如何協做，共同完成複雜的業務case，主要體如今應用之間的通信機制和數據格式，通信機制能夠是同步調用/異步消息/共享DB訪問等，數據格式能夠是文本/XML/JSON/二進制等。

應用的分偏向於業務，反映業務架構，應用的合偏向於技術，影響技術架構。分下降了業務複雜度，系統更有序，合增長了技術複雜度，系統更無序。

應用架構的本質是經過系統拆分，平衡業務和技術複雜性，保證系統形散神不散。

系統採用什麼樣的應用架構，受業務複雜性影響，包括企業發展階段和業務特色；同時受技術複雜性影響，包括IT技術發展階段和內部技術人員水平。業務複雜性(包括業務量大)必然帶來技術複雜性，應用架構目標是解決業務複雜性的同時，避免技術太複雜，確保業務架構落地。

常見的應用架構有多種，下面根據系統拆分方式，以及如何平衡業務與技術的角度進行分析，討論各自的適用性，給企業應用架構選型提供參考。

單體式應用

1. 架構模型

系統只有一個應用，相應地，代碼放在一個工程裏管理；打包成一個應用；部署在一臺機器；在一個DB裏存儲數據。單體式應用的架構以下圖所示：

單體式應用採用分層架構，按照調用順序，從上到下通常爲表示層、業務層、數據訪問層、DB層，表示層負責用戶體驗，業務層負責業務邏輯，數據訪問層負責DB層的數據存取。

單體應用在水平方向上，上下層之間職責劃分清晰；但垂直方向上缺少清晰的邊界，上下層模塊之間是多對多的依賴關係，好比業務模塊1 (圖中BO1)可能調用數據層全部模塊DAO1~3， DAO1也可能被業務層全部模塊BO1~3調用。

單體應用經過水平分層，下降了業務複雜性；同時模塊之間是進程內部調用，技術實現簡單。

但單體應用對系統的切分不完全，只有水平切分，而且是邏輯上，所以適合業務比較單一，但深度上比較複雜的系統，好比TCP/IP網絡通信，從應用層/傳輸層/網絡層/鏈路層，層層推動，相似這樣的系統能夠方便地增長水平層次去適配。

對於廣度上覆雜的業務，因爲缺少垂直切分，強行把不一樣業務綁定在一塊兒，整個系統神散形不散，帶來一系列問題。好比OTA網站包含機票/酒店/旅遊等多個垂直業務板塊，每塊都比較獨立，就不適合放在一塊兒開發維護。

1. 優缺點

單體式應用的優勢和缺點都很鮮明，以下圖所示。

單體式應用的優勢明顯：

• 現有IDE都是集成開發環境，很是適合單體式應用，開發、編譯、調試一站式搞定。 
  一個應用包含全部功能，容易測試和部署。
• 運行在一個物理節點，環境單一，運行穩定，故障恢復簡單。

單體式應用的缺點也明顯：

• 業務邊界模糊，模塊職責不清晰，當系統逐漸變大，代碼依賴複雜，難以維護。
• 全部人同時在一個工程上開發，容易發生代碼修改衝突，依賴複雜致使項目協調困難，而且局部修改影響不可知，須要全覆蓋測試，須要從新部署，難以支持大團隊並行開發。
• 當系統很大時，編譯和部署耗時。
• 應用水平擴展難，一方面狀態在應用內部管理，沒法透明路由；另外一方面，不一樣模塊對資源需求差別大，當業務量增大時，一視同仁地爲全部模塊增長機器致使硬件浪費。

做者以前曾在一家大型電商公司工做，當時整個網站是一個單體應用，有數百萬行代碼，有專門的團隊負責代碼合併，有專門的團隊負責編譯腳本開發，有一套複雜的火車模型協調不一樣團隊，整套流程體系很精密很複雜，但這未嘗不是單體應用的無奈和代價。

分佈式架構應用

1. 架構模型

在分佈式應用架構中，應用相互獨立，每一個應用代碼獨立開發，獨立部署，應用經過有限的API接口互相關聯。API接口屬於應用一部分，通常和表示層處於同一層次，二者共享業務邏輯層，API和表示層採用一樣的web端技術，通信協議通常使用HTTP，數據格式是JSON，應用集成方式比較簡化。

分佈式架構首先對系統按照業務進行垂直切分，對廣度上覆雜的業務實現物理解耦，應用內部仍是水平切分，對深度上覆雜的業務實現邏輯解耦。分佈式架構也能夠解決業務量大的問題，對於某些高併發/大流量系統，把系統切分爲不一樣應用，針對資源需求特色（好比CPU/IO/存儲密集型），經過增強硬件配置知足不一樣應用的需求，避免一刀切方式帶來的資源浪費。

技術上，API採用標準的HTTP/JSON進行通信，調用雙方實現難度都不大，可是API 
通常是「裸奔」的，在系統層面，調用依賴關係不透明，調用可靠性缺少保障，所以只適用應用之間依賴鏈路少，調用量不大的系統，即應用之間耦合確實夠鬆的系統。

1. 優缺點

分佈式架構每一個應用內部高內聚，獨立開發、測試和部署，支持開發敏捷；同時應用之間鬆耦合，業務邊界清晰，業務依賴明確，支持大項目並行開發，實現業務敏捷。

在分佈式架構中，應用的表示層和API沒有物理分離，須要同時知足自身業務需求和關聯業務需求，相互影響，好比API接口會隨着外部應用的需求常常變化，這會致使整個應用從新部署。

運行時，API以HTTP/REST方式經過網絡對外提供接口，其通訊可靠性和數據的封裝性相對於進程內調用比較差，若是沒有一些可靠的技術機制，如路由保障/失敗重試/監控等， 裸奔的API方式將嚴重影響系統總體可用性。

SOA架構

1. 架構模型

廣義上，SOA也是分佈式應用架構一種，但內涵不一樣。

這裏有兩種類型「應用」，應用1~N是前端應用，面向用戶，服務1~N是service，只提供業務邏輯和數據。這些應用都是獨立部署，前端應用再也不經過API直接關聯，而是經過後端服務共享業務邏輯。

此外相對於「裸奔」的API，SOA架構提供配套的服務治理，包括服務註冊、服務路由、服務受權、服務降級、服務監控等等。這些功能經過專門的中間件支持，有中心化和去中心化兩種方式，具體技術實現機制和適用場景，網上有不少專門介紹，這裏就不展開了。

SOA架構在分佈式架構垂直切分的基礎上，進一步把原來單體應用的業務邏輯層獨立成service，作到物理上的完全分離。

每一個service專一於特定職責，實現系統核心業務邏輯，service之間經過互相調用，能夠完成複雜業務邏輯，解決業務深度上的問題；同時service面向衆多的應用，以共享的方式支持邏輯複用。因此，SOA架構既體現業務的分，又體現業務的合，更多地從業務總體上考慮系統拆分。

相比分佈式應用架構，基於SOA的系統有大量的service應用，整個系統基於服務調用，因此對服務依賴的透明性和服務調用的可靠性提出很高要求，須要專門的SOA框架支持，還須要配套的監控體系和自動化的運維繫統支持，技術複雜性高，SOA架構能夠集中體現一個企業的IT技術能力。

1. 優缺點

SOA架構優缺點以下圖所示：

相比較普通API方式，SOA架構更進一步：

1)每一個service都是濃縮的精華，聚焦某方面核心業務，同時以複用的方式供整個系統共享。 
2)服務做爲獨立的應用，獨立部署，接口清晰，很容易作自動化測試和部署。 
3)服務是無狀態的，很容易作水平擴展；經過容器虛擬化技術，實現故障隔離和資源高效利用，業務量大的時候，加機器便可。 
4)基於SOA的系統能夠根據服務運行狀況，靈活調控服務資源，包括服務上下架、服務升降級等，使系統真正具有可運營的能力。

固然天下沒有免費的午飯，SOA也帶來了額外複雜性和弊端：

1)系統依賴複雜，給開發/測試/部署帶來一系列挑戰。 
2)端到端的調用鏈路長，可靠性下降，依賴網絡情況、服務框架及具體service的質量。 
3)分佈式數據一致性和分佈式事務支持困難，通常經過最終一致性簡化解決。 
4)端到端的測試和排障複雜，SOA對運維提出更高要求。

SOA落地方式

在實踐中，SOA架構不斷深刻發展，具體落地形式也多種多樣。

1)面向外部SOA

SOA的前身是web service，web service初衷是企業之間經過Internet進行互聯，以下圖所示：

每一個公司把本身的優點資源經過web service發佈，如圖中天氣服務/機票服務/酒店預訂服務來自不一樣公司，其餘企業能夠直接調用服務或整合多個服務，實現企業間資源共享。

2)面向應用SOA

面向應用SOA把原單體應用裏的業務邏輯層剝離出來，做爲單獨的服務對外提供。 
舉一個電商的例子，這裏有兩個應用，顧客使用的商品詳情頁，展現商品的信息、商品庫存，商品價格；內部客服人員使用的客服系統，根據顧客來電要求，修改訂單，同時也須要獲取商品的基本信息、價格信息等。

通過SOA改造後，應用架構以下圖所示：

這裏的service實現底層數據對於前端頁面的透明化，表示層和業務邏輯各自獨立維護，同時所有業務邏輯對其餘應用開放，新應用能夠自由整合來自多個服務的接口，快速支持業務創新。

面向應用的SOA架構對系統進行物理上的水平切分，結果是表示層單飛，邏輯層對外全開放。但每一個service是原系統業務邏輯的封裝，接口設計面向原應用的業務case，若是其它應用的需求有差別，則本身建立service訪問底層數據。如此致使service職責不夠聚焦，相似的接口分散化，同時底層數據表被多方訪問，數據模型修改困難，數據一致性難以保障。

最終系統總體依賴複雜，容易造成網狀結構，修改時，每每牽一髮動全身。

3)微內核SOA 
每一個企業都有本身的核心數據，好比對於電商系統來講，用戶/商品/訂單/庫存/價格都是核心數據，稱之爲主數據。微內核SOA聚焦各種主數據，封裝相關表的全部訪問，架構示意以下：

每一個服務獨佔式地封裝對應主數據表的訪問，這些服務構成系統的基礎服務，一塊兒組成系統的微內核，供全部上層應用共享。

微內核服務是原子服務，接口粒度比較細，能夠在其上構造聚合服務，爲上層應用提供粗粒度服務。能夠是信息聚合，好比圖中商品聚合服務整合商品的基本信息/庫存/價格；也能夠是流程聚合，好比下單接口，調用來自多個服務的接口，共同完成複雜的下單操做。

這裏服務是分層次的，聚合服務是上層，基礎服務是底層，依賴規則以下：

• 上層服務能夠調用同層服務和基礎服務
• 基礎服務是原子服務，不可相互調用
• 前端應用可調用聚合服務和跨層調用基礎服務

微內核的微表示服務數量有限，接口粒度細；內核表示這些基礎服務處於調用底層，負責核心數據和業務，這和操做系統的內核概念上相似，主數據至關於核心的硬件，如cpu/內存/外存等，微內核的各個基礎服務分別負責這些核心資源的管理，屏蔽底層的複雜性，對上層應用提供統一入口和透明化訪問。

最近微服務很火，其特徵是職責單1、接口粒度細、輕量級通信協議等，微內核SOA架構有微服務的形，同時有業務內核的神，是架構形散神不散思想的很好體現，這個在淘寶、京東、一號店等大型電商系統都已有豐富實踐。

4)方式比較

面向企業外部SOA，業務場景有特殊性，不深刻分析，這裏主要比較面向應用SOA和微內核SOA的區別，一個大型B2C電商系統，應用和主數據是多對多依賴關係，以下圖所示：

面向應用的服務從特定應用出發，整合應用對相關數據的訪問需求；微內核服務從特定主數據爲中心，收斂各個業務對數據的訪問需求。

在面向應用的服務設計下，數據表的訪問入口是發散的，來自多個應用，這帶來一系列弊端： 
1)數據模型碎片化 
每一個應用都會基於本身的需求，往表裏加字段，不少電商的商品表/訂單表有多達200個字段，都是野蠻增加，缺乏控制的結果。 
2)數據模型修改困難 
相似的訪問需求散佈在多個服務，缺少整合，同時表schema修改會影響不少服務和應用。 
3)鏈接資源利用率低 
多個服務直連數據庫，而且每一個服務會盡量多地配置鏈接數，在應用數量多，業務併發量大的狀況下，每每致使數據庫鏈接數不夠。

微內核SOA經過收斂對主數據的訪問，保證數據模型一致性、優化接口和有效利用數據庫鏈接資源。同時經過服務分層，簡化系統依賴關係。更爲重要的是，微內核服務保證了業務模型的一致性，好比電商系統的商品體系，包含單品/系列商品/組合商品/搭售商品/虛擬商品等一系列複雜概念，這些複雜邏輯在基礎商品服務裏處理，對上層業務透明一致。

若是業務模式簡單，應用數量少，特定主數據的訪問絕大多數(好比說80%)來自某個應用，則服務設計以應用爲中心是能夠的，不利影響比較小。

對於大型互聯網系統，業務廣度和深度都複雜，但不管多複雜的系統，主數據類型都是有限的，能夠經過聚焦有限的基礎業務，以此支持無限的應用業務，結果是底層業務模型穩定，上層業務能夠靈活擴展。

面向應用的服務設計是SOA初級階段，從具體業務着手，自底向上，難度小；微內核服務設計是SOA高級階段，從全局着手，對業務和數據模型高度抽象，自頂向下，難度大。

值得注意的是，在提供基礎服務同時，每一個應用也能夠建立本身須要的服務（但主數據的訪問必須經過基礎服務），因此微內核的服務和麪嚮應用的服務能夠有機結合在一塊兒，當業務應用變得不少，而且不斷增加，能夠考慮逐步往基礎服務過渡，整合特定主數據有關的業務邏輯。

順便提一下，應用架構會影響組織架構，若是採用面向應用的服務設計，具體service通常由相關應用的團隊負責；若是是微內核的服務設計，通常由單獨的共享服務部門負責全部基礎服務開發，和各個業務研發部門並列，保證設計的中立性和需求響應的及時性。

應用架構的進化

軟件是人類活動的虛擬，業務架構是生產活動的體現，應用架構是具體分工合做關係的體現。 
單體應用相似原始氏族時代，氏族內部有簡單分工，氏族之間沒有聯繫；分佈式架構相似封建社會，每一個家庭自給自足，家庭之間有少許交換關係；SOA架構相似工業時代，企業提供各類成品服務，我爲人人，人人爲我，相互依賴。微內核的SOA架構相似後工業時代，有些企業聚焦提供水電煤等基礎設施服務，其餘企業在之上提供生活服務，依賴有層次。

業務架構是生產力，應用架構是生產關係，技術架構是生產工具。業務架構決定應用架構，應用架構須要適配業務架構，並隨着業務架構不斷進化，同時應用架構依託技術架構最終落地。

企業一開始業務比較簡單，好比進銷存，此時面向內部用戶，提供簡單的信息管理系統（MIS），支持數據增刪改查便可，單體應用能夠知足要求。

隨着業務深刻，進銷存每塊業務都變複雜，同時新增客戶關係管理，以更好支持營銷，業務的深度和廣度都增長，這時須要對系統按照業務拆分，變成一個分佈式系統。

更進一步，企業轉向互聯網+戰略，拓展在線交易，線上系統和內部系統業務相似，不必重作一套，此時把內部系統的邏輯作服務化改造，同時供線上線下系統使用，變成一個簡單的SOA架構。

緊接着業務模式愈來愈複雜，訂單、商品、庫存、價格每塊玩法都很深刻，好比價格區分會員等級，訪問渠道（無線仍是PC），銷售方式（團購仍是普通）等，還有大量的價格促銷，這些規則很複雜，容易相互衝突，須要把分散到各個業務的價格邏輯進行統一管理，以基礎價格服務的方式透明地提供給上層應用，變成一個微內核的SOA架構。

同時無論是企業內部用戶，仍是外部顧客所須要的功能，都由不少細分的應用提供支持，須要提供portal，集成相關應用，爲不一樣用戶提供統一視圖，頂層變成一個AOA的架構（application orientated architecture）。

隨着業務和系統不斷進化，最後一個比較完善的大型互聯網應用架構以下圖所示：

最終整個系統化整爲零，形神兼備，支持積木式拼裝，支持開發敏捷和業務敏捷。

應用架構，須要站在業務和技術中間，在正確的時間點作正確的架構選擇，保證系統有序進化。