架构师修炼系列【可扩展模式】

快来打我* 2022-12-06 15:15 138阅读 0赞

软件系统与硬件和建筑系统最大的差异在于软件是可扩展的，如果一个软件系统开发出来后，再也没有任何更新和调整，反而说明了这套软件系统没有发展，没有生命力 。真正有生命力的软件系统，都是在不断迭代和发展的，如 Windows操作系统，从Win3.0到Win95到WinXP…直到现在的Win10，一直在跟着技术的发展而不断地发展

软件系统的这种天生和内在的可扩展的特性，既是其魅力所在，又是其难点所在 。魅力体现在我们可以通过修改和扩展，不断地让软件系统具备更多的功能和特性，满足新的需求或顺 应技术发展的趋势 。 而难点体现在如何以最小的代价去扩展系统,改动的地方越多，投入也越大，出错的可能性也越大。因此，如何避免扩展时改动范围太大，是软件架构可扩展性设计的主要思考点

## 基本思想 ##

可扩展性架构的设计方法很多，但万变不离其宗，所有的可扩展性架构设计，背后的基本思想都可以总结为一个字拆：将原本大一统的系统拆分成多个规模小的部分，扩展时只修改其中一部分即可，不是对整个系统到处都改，通过这种方式来减少改动范围，降低改动风险

软件系统的拆是建设性的，而不是毁灭性的，其目的是让软件更加灵活的应对时代的飞速发展，优雅的应对变化，也正因为如此软件系统的拆非常难，大致思路有如下几种：

*  面向流程拆分：将整个业务流程拆分为几个阶段，每个阶段作为一部分
 *  面向服务拆分：将系统提供的服务拆分，每个服务作为一部分
 *  面向功能拆分：将系统提供的功能拆分，每个功能作为一部分

理解这三种思路的关键就在于如何理解“流程”“服务”“功能” 三者的联系和区别  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rhd2VpX3lhbmcwMDAwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
如图是TCP/IP的协议栈，那么在这个协议栈中什么是流程什么是服务什么是功能：

*  流程：对应TCP/IP四层模型，因为TCP/IP网络通信流程是：应用层－〉传输层－＞网络层－＞物理 ＋数据链路层，不管最上层的应用层是什么，这个流程都不会变
 *  服务：对应应用层的 HTTP、FTP、SMTP等服务，HTTP提供Web服务，FTP提供文件服务，SMTP提供邮件服务，以此类推
 *  功能：每个服务都会提供相应的功能。例如，HTTP服务提供GET、POST功能，FTP提供上传下载功能，SMTP提供邮件发送和收取功能

如果要拆分一个简单的学生信息管理系统，如何拆分：

*  面向流程拆分：展示层→业务层→数据层→存储层
    
     *  展示层： 负责用户页面设计，不同业务有不同的页面 。 例如，登录页面、注册页面、 信息管理页面、安全设置页面等
     *  业务层： 负责具体业务逻辑的处理。例如，登录、注册、信息管理、 修改密码等业务
     *  数据层： 负责完成数据访问 。 例如，增删改查数据库中的数据，记录事件到日志文件等
     *  存储层： 负责数据的存储 。 例如，关系型数据库 MySQL 、缓存系统 Memcache等  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rhd2VpX3lhbmcwMDAwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]
 *  面向服务拆分：将系统拆分为注册、登录、信息管理 、 安全设置等服务  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rhd2VpX3lhbmcwMDAwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]
 *  面向功能拆分：每个服务都可以拆分为更多细粒度的功能
 *  注册服务提供多种方式进行注册，包括手机号注册、身份证注册、学生邮箱注册三 个功能
 *  登录服务包括手机号登录、身份证登录、邮箱登录三个功能
 *  信息管理服务包括基本信息管理、课程信息管理、成绩信息管理等功能
 *  安全设置服务包括修改密码、安全于机、找回密码等功能  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rhd2VpX3lhbmcwMDAwMDA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
    不同的拆分方式，本质上决定了系统的扩展方式

## 可扩展方式 ##

当我们谈可扩展性时：一定有一种声音是就算是不拆分系统，只要在设计和写代 码时做好了，同样不会出现到处改的问题啊？例如，在面向服务拆分的案例中，增加“学号注 册”，就算是不拆分为服务， 也可以控制修改的范围，那为何我们要大费周章地去拆分系统呢？  
在一个理想的情况下（你的团队都是高手，每个程序员都很厉害，对业务都很熟悉，新来的同事很快就知晓所有的细节……）那确实不拆分也没有问题，但现实却是：团队有菜鸟程序员， 到底是改A处实现功能还是改B处实现功能，完全取决于他觉得哪里容易改；有的程序员比较粗心；有的程序员某天精神状态不太好：新来的同事不知道历史上某行代码为何那么“恶心”。而轻易地将其改漂亮了一些… …所有的这些问题都可能出现，这时候我们就会发现，合理的拆分，能够强制保证即使程序员出错，出错的范围也不会太广，影响也不会太大。

不同拆分方式应对扩展时的优势：

*  面向流程拆分：扩展时大部分情况只需要修改某一层，少部分情况可能修改关联的两层，不会出现所有层都同时要修改。 例如，学生信息管理系统，如果我们将存储层从MySQL扩展为同时支持MySQL和Oracle，那么只需要扩展存储层和数据层即可，展示层和业务层无须变动
 *  面向服务拆分：对某个服务扩展，或者要增加新的服务时，只需要扩展相关服务即可，无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例，如果我们需要在注册服务中增加一种“学号注册”功 能，则只需要修改 “注册服务”和“登录服务”即可，“信息管理服务 ”和“ 安全设置 ”服务无须修改
 *  面向功能拆分：对某个功能扩展，或者要增加新的功能时，只需要扩展相关功能即可，无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例，如果我们增加“学号注册”功能，则只需要在系统中增加一个新的功能模块，同时修改“登录功能”模块即可，其他功能都不受影响

不同的拆分方式 ， 将得到不同典型的可扩展系统架构：

*  面向流程拆分：分层架构
 *  面向服务拆分：SOA 、微服务
 *  面向功能拆分：微内核架构

当然，这几个系统架构并不是非此即彼的，而是可 以在系统架构设计中进行组合使用的，以学生管理系统为例：

*  整体系统采用面向服务拆分中的“微服务”架构，拆分为“注册服务”“登录服务” “信息管理服务”“安全服务”，每个服务是一个独立运行的子系统
 *  其中的“注册服务”子系统本身又是采用面向流程拆分的分层架构
 *  “登录服务”子系统采用的是面向功能拆分的“微内核”架构

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