软件架构入门-分层架构、事件驱动、微服务架构和云原生架构

软件架构（software architecture）就是软件的基本结构。

合适的架构是软件成功的最重要因素之一。大型软件公司通常有专门的架构师职位（architect），只有资深程序员才可以担任。

O'Reilly 出版过一本免费的小册子《Software Architecture Patterns》（PDF）， 介绍了五种最常见的软件架构，是非常好的入门读物。

软件架构就是软件的基本结构。架构的本质是管理复杂性。如果你觉得架构不重要，可能是你做的事情不够复杂，或者是你没有管理好复杂性。架构模式虽多，经过抽象沉淀之后，也就那么几种：

1. 分层架构（比较传统的单体架构）

2. 事件驱动架构 （一般适用于应用局部场景，用来实现异步解耦）

3. 微核架构（又称插件架构，开发难度较高，一般用来做工具软件开发，如Eclipse，不太适合分布式业务场景）

4. 微服务架构（当前比较流行的服务化架构，解决单体架构面临的问题，适合敏捷开发，快速迭代）

5. 云架构（现在的说法是云原生架构-Cloud Native，基于Docker、Kubernetes、Service Mesh 云原生架构）

在原文的基础上，小编按照自己的想法，进行了小幅调整。

layered architecture）是最常见的软件架构，也是事实上的标准架构。如果你不知道要用什么架构，那就用它。

这种架构将软件分成若干个水平层，每一层都有清晰的角色和分工，不需要知道其他层的细节。层与层之间通过接口通信。

虽然没有明确约定，软件一定要分成多少层，但是四层的结构最常见。

• 表现层（presentation）：用户界面，负责视觉和用户互动
• 业务层（business）：实现业务逻辑
• 持久层（persistence）：提供数据，SQL 语句就放在这一层
• 数据库（database） ：保存数据

有的软件在逻辑层（business）和持久层（persistence）之间，加了一个服务层（service），提供不同业务逻辑需要的一些通用接口。

用户的请求将依次通过这四层的处理，不能跳过其中任何一层。

优点

• 结构简单，容易理解和开发
• 不同技能的程序员可以分工，负责不同的层，天然适合大多数软件公司的组织架构
• 每一层都可以独立测试，其他层的接口通过模拟解决

缺点

• 一旦环境变化，需要代码调整或增加功能时，通常比较麻烦和费时
• 部署比较麻烦，即使只修改一个小地方，往往需要整个软件重新部署，不容易做持续发布（因为是单体架构）
• 软件升级时，可能需要整个服务暂停
• 扩展性差。用户请求大量增加时，必须依次扩展每一层，由于每一层内部是耦合的，扩展会很困难（单体架构，需求调整会贯穿每一层）

事件驱动架构（event-driven architecture）核心组件：

• 事件队列（event queue）：接收事件的入口
• 分发器（event mediator）：将不同的事件分发到不同的业务逻辑单元
• 事件通道（event channel）：分发器与处理器之间的联系渠道
• 事件处理器（event processor）：实现业务逻辑，处理完成后会发出事件，触发下一步操作

对于简单的项目，事件队列、分发器和事件通道，可以合为一体，整个软件就分成事件代理和事件处理器两部分。

优点

• 分布式的异步架构，事件处理器之间高度解耦，软件的扩展性好
• 适用性广，各种类型的项目都可以用
• 性能较好，因为事件的异步本质，软件不易产生堵塞
• 事件处理器可以独立地加载和卸载，容易部署

缺点

• 涉及异步编程（要考虑远程通信、失去响应等情况），开发相对复杂
• 难以支持原子性操作，因为事件通过会涉及多个处理器，很难回滚
• 分布式和异步特性导致这个架构较难测试

事件驱动架构在通信产品中应用得也非常广泛，典型的如状态机处理。事件驱动架构不适于做顶层架构，但适合做局部实现，几乎遍布在通信软件的各个角落。

优点

• 良好的功能延伸性（extensibility），需要什么功能，开发一个插件即可
• 功能之间是隔离的，插件可以独立的加载和卸载，使得它比较容易部署，
• 可定制性高，适应不同的开发需要
• 可以渐进式地开发，逐步增加功能

缺点

• 扩展性（scalability）差，内核通常是一个独立单元，不容易做成分布式
• 开发难度相对较高，因为涉及到插件与内核的通信，以及内部的插件登记机制

微核架构的设计和开发难度较高，这就注定它在企业产品中用得不多，虽然它的优点还不少。

RESTful API 模式：服务通过 API 提供，云服务就属于这一类

RESTful 应用模式：服务通过传统的网络协议或者应用协议提供，背后通常是一个多功能的应用程序，常见于企业内部

集中消息模式：采用消息代理（message broker），可以实现消息队列、负载均衡、统一日志和异常处理，缺点是会出现单点失败，消息代理可能要做成集群

现在开源的微服务框架比较多，如常用的有Spring Cloud、Dubbo、ServiceComb等等。

优点

• 扩展性好，各个服务之间低耦合
• 容易部署，软件从单一可部署单元，被拆成了多个服务，每个服务都是可部署单元
• 容易开发，每个组件都可以进行持续集成式的开发，可以做到实时部署，不间断地升级
• 易于测试，可以单独测试每一个服务

缺点

• 由于强调互相独立和低耦合，服务可能会拆分得很细。这导致系统依赖大量的微服务，变得很凌乱和笨重，性能也会不佳。
• 一旦服务之间需要通信（即一个服务要用到另一个服务），整个架构就会变得复杂。典型的例子就是一些通用的 Utility 类，一种解决方案是把它们拷贝到每一个服务中去，用冗余换取架构的简单性。
• 分布式的本质使得这种架构很难实现原子性操作，交易回滚会比较困难。

处理单元：实现业务逻辑（类似于微服务架构中的微服务）

虚拟中间件：负责通信、保持sessions、数据复制、分布式处理、处理单元的部署。

虚拟中间件又包含四个组件：

• 消息中间件（Messaging Grid）：管理用户请求和session，当一个请求进来以后，决定分配给哪一个处理单元；
• 数据中间件（Data Grid）：将数据复制到每一个处理单元，即数据同步。保证某个处理单元都得到同样的数据；
• 处理中间件（Processing Grid）：可选，如果一个请求涉及不同类型的处理单元，该中间件负责协调处理单元；
• 部署中间件（Deployment Manager）：负责处理单元的启动和关闭，监控负载和响应时间，当负载增加，就新启动处理单元，负载减少，就关闭处理单元。

随着Docker、Kubernetes等容器化技术的快速发展，上述关于云架构描述有点陈旧了。当前最新的云原生架构，以Docker+Kubernetes为核心，尤其是容器编排Kubernetes 已经成为事实上的行业标准。

云原生架构图的主要特征：

• 微服务应用运行支撑环境；
• 以容器化应用的镜像作为交付标准；
• 通过资源调度服务快速申请、释放资源；
• 通过弹性伸缩快速扩展应用；
• 状态监控；

主要目标：

1. 让开发人员聚焦业务逻辑的实现，其他交给容器云平台来完成；

2. 支持业务系统的快速迭代，支撑业务的快速变化和发展；

3. 构建以共享服务体系为核心的业务中台；

下面是小编针对某新零售企业设计的云原生架构图，以云和微服务架构为基础构建云原生应用，这里云可以是公有云、私有云、混合云等等。

以上是从不同的视角，对架构进行了分类。实际应用中，各种架构并不是孤立的，可以根据业务环境和业务诉求，对各种架构进行综合和嫁接。每种架构都有其优点和缺点。优点不必多说，缺点则几乎都是通过工具工程（比如自动化发布工具、自动化测试等等）能力的方法来规避，工具工程对软件架构非常重要。

名称栏目：软件架构入门-分层架构、事件驱动、微服务架构和云原生架构
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