一個(gè)堅(jiān)實(shí)的軟件架構(gòu)基礎(chǔ)，是開發(fā)創(chuàng)新且復(fù)雜的軟件的關(guān)鍵，這些軟件不僅要符合市場需求，還要為用戶解決實(shí)際問題。你是否曾參與過一些項(xiàng)目，這些項(xiàng)目在最初的幾輪開發(fā)后似乎就無法繼續(xù)迭代了？這正是軟件架構(gòu)發(fā)揮作用的地方，它的重要性顯而易見。

在軟件行業(yè)中，當(dāng)人們談?wù)摗败浖睍r(shí)，他們通常指的是軟件系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分。然而，這一基礎(chǔ)的構(gòu)建取決于多個(gè)因素，如軟件架構(gòu)師與設(shè)計(jì)師之間的相互理解、正確的設(shè)計(jì)決策以及易于理解的代碼。

什么是軟件架構(gòu)？

從使用智能手機(jī)到發(fā)送電子郵件，我們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多方面都嚴(yán)重依賴于我們使用的系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。沒有它，我們所使用和了解的許多事物將根本無法實(shí)現(xiàn)。軟件架構(gòu)帶來了組織的創(chuàng)新。

定義

軟件架構(gòu)（Software Architecture）的定義長期以來一直存在爭議。對某些人來說，它是基本組件的連接方式，或系統(tǒng)的基礎(chǔ)組織結(jié)構(gòu)。在這方面，伊利諾伊大學(xué)副教授 Ralph Johnson 提出的抽象概念值得注意：

“架構(gòu)是關(guān)于重要的事情，無論那是什么。”

乍一聽，這可能顯得平淡無奇，但它實(shí)際上蘊(yùn)含了豐富的內(nèi)涵。軟件架構(gòu)是指軟件系統(tǒng)的最高級別框架，即系統(tǒng)骨架。它是系統(tǒng)基礎(chǔ)的最初選擇之一，這一選擇會顯著影響工作流程、代碼質(zhì)量、維護(hù)、部署和開發(fā)的難易度。

軟件架構(gòu)主要基于一系列與軟件開發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵決策。這些決策對最終產(chǎn)品的整體成功和性能有重大影響。這些決策包括：

• 選擇結(jié)構(gòu)組件及其接口
• 組件之間的協(xié)作行為
• 將這些結(jié)構(gòu)和行為組件配置為一個(gè)實(shí)質(zhì)性的子系統(tǒng)
• 基于業(yè)務(wù)需求做出架構(gòu)決策

軟件架構(gòu)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否相同？

盡管大多數(shù)人認(rèn)為軟件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)不同，但從根本上講，它們是一樣的。這一區(qū)別源于軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)被認(rèn)為是低級別的細(xì)節(jié)，而軟件架構(gòu)是高級別的細(xì)節(jié)。

沒有高級別細(xì)節(jié)的知識，開發(fā)人員可能仍能處理低級別細(xì)節(jié)，但反之則不行。系統(tǒng)架構(gòu)師需要完全了解他們的高級決策如何影響低級別的細(xì)節(jié)。

此外，軟件設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)周期（SDLC）的初始階段之一，它為開發(fā)人員提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)兼容的軟件。

另一方面，軟件架構(gòu)是一個(gè)計(jì)劃，約束了軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以避免常見的錯(cuò)誤。它為組織實(shí)現(xiàn)技術(shù)和業(yè)務(wù)戰(zhàn)略。

簡而言之，如何構(gòu)建是軟件設(shè)計(jì)，而構(gòu)建什么則是軟件架構(gòu)。

為什么軟件架構(gòu)如此重要？

軟件架構(gòu)是為特定的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的——它的全部意義在于識別那些直接關(guān)系到系統(tǒng)成敗的組件，并構(gòu)建一個(gè)服務(wù)和保護(hù)這些重要組件的系統(tǒng)。一個(gè)有組織的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)有助于保持內(nèi)部質(zhì)量，從而進(jìn)一步改善軟件。

以 Netflix 為例，它的 微服務(wù)架構(gòu) 使他們能夠管理可用性，而在 Salesforce 或 Google 中，則是 領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計(jì) 幫助他們處理 領(lǐng)域邏輯的復(fù)雜性。

讓我們通過以下例子來理解這一點(diǎn)。

假設(shè)有兩個(gè)類似的產(chǎn)品在一個(gè)月的時(shí)間差內(nèi)發(fā)布。三個(gè)月后，它們都需要新增功能。

現(xiàn)在有兩種情境。

1. 發(fā)布——5月31日：代碼混亂且糾結(jié)。用戶對此沒有意見，但追蹤變更范圍并加以整合變得非常困難。
2. 發(fā)布——6月30日：代碼完美有序。用戶對此也沒有意見，但軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以輕松處理并實(shí)施變更。

在這種情況下，軟件開發(fā)公司會怎么選擇？

通常，即便代碼混亂，團(tuán)隊(duì)也會選擇提前發(fā)布，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)最重要的是盡快上線——越早發(fā)布，越有機(jī)會占領(lǐng)市場。

然而，在第二種情境中，由于質(zhì)量性能和代碼質(zhì)量被同等重視，變更需要更多時(shí)間，這將不利于市場投放時(shí)間。

但一個(gè)設(shè)計(jì)良好的微服務(wù)架構(gòu)將有助于更輕松地進(jìn)行維護(hù)。這樣不僅能節(jié)省時(shí)間，還能通過快速且定期的更新滿足用戶需求。

混亂的代碼可能使產(chǎn)品更早進(jìn)入市場，但在包含新變更時(shí)會要求付出更多代價(jià)。相反，有序的代碼可能導(dǎo)致發(fā)布延期，但最終會提供準(zhǔn)確且及時(shí)的更新。

軟件架構(gòu)模式

在設(shè)計(jì)一個(gè)在線購物應(yīng)用的軟件開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，最重要的是定義其編程架構(gòu)和設(shè)計(jì)。這些是構(gòu)建應(yīng)用的基礎(chǔ)。例如，產(chǎn)品推薦的算法將如何工作？購物車將如何運(yùn)作？這一系列問題不斷延伸。

軟件架構(gòu)模式可以被定義為解決主流和重復(fù)出現(xiàn)的軟件工程問題的方案。接下來，我們將介紹五種常見的軟件架構(gòu)模式：

1. 分層架構(gòu)模式

這種模式因其易于開發(fā)和維護(hù)的特點(diǎn)而被廣泛使用。它采用分層的方法，將代碼按層次組織。典型的信息系統(tǒng)中，最常見的四個(gè)層次為：

• 表現(xiàn)層或 UI 層
• 應(yīng)用層或服務(wù)層
• 業(yè)務(wù)邏輯層或領(lǐng)域?qū)?/li>
• 數(shù)據(jù)訪問層或持久層

最佳使用場景

• 需要超過 CRUD 操作的常規(guī)業(yè)務(wù)應(yīng)用
• 需要快速開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用
• 對測試和維護(hù)有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

2. 微內(nèi)核架構(gòu)模式

這種模式適用于需要適應(yīng)不斷變化的系統(tǒng)需求的應(yīng)用。它分為擴(kuò)展功能（插件Plugins）和最小功能核心。核心系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)邏輯，而插件則是獨(dú)立的組件，通過自定義代碼為核心系統(tǒng)提供特定的處理功能。

插件由獨(dú)立的組件組成，通過自定義代碼提供特定的處理功能來支持核心系統(tǒng)。微內(nèi)核就像一個(gè)插座，用于連接這些插件，從而增強(qiáng)其潛力和功能。

最佳使用場景

• 任務(wù)和作業(yè)調(diào)度應(yīng)用
• 工作流應(yīng)用
• 集成來自多個(gè)源數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)讲煌康牡氐膽?yīng)用

3. 微服務(wù)架構(gòu)模式

這種模式通過構(gòu)建多個(gè)小型且獨(dú)立的應(yīng)用來構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。每個(gè)應(yīng)用（或微服務(wù)）各自負(fù)責(zé)不同的任務(wù)，彼此之間只需進(jìn)行通信。

作為單體架構(gòu)模式的可行替代方案，微服務(wù)架構(gòu)已獲得廣泛關(guān)注和重要性。它由多個(gè)松散耦合的服務(wù)組成，在使用微服務(wù)時(shí)，需要確保它們之間的消息交換保持向后兼容。

最佳使用場景

• 快速發(fā)展的 Web 和業(yè)務(wù)應(yīng)用
• 具有明確邊界的企業(yè)數(shù)據(jù)中心
• 由分布在全球各地的開發(fā)團(tuán)隊(duì)維護(hù)的網(wǎng)站

4. 基于事件的架構(gòu)模式

這種模式用于開發(fā)高度可擴(kuò)展的系統(tǒng)，其異步架構(gòu)方式以處理定義的“事件”，如滾動條的移動、按鈕點(diǎn)擊等。基于事件的模式包含單一用途的事件處理元素，這些元素構(gòu)建了一個(gè)中央單元。中央單元接收所有數(shù)據(jù)，并將其分配給處理特定類型的獨(dú)立模塊。

最佳使用場景

• 用戶界面
• 具有異步數(shù)據(jù)流的應(yīng)用
• 需要無縫數(shù)據(jù)流且最終會擴(kuò)展的復(fù)雜應(yīng)用

5. 基于空間的架構(gòu)模式

這種模式特別用于解決并發(fā)性和可擴(kuò)展性問題，消除了中央數(shù)據(jù)庫的約束，并使用復(fù)制的內(nèi)存數(shù)據(jù)網(wǎng)格。

這種模式通過將存儲和處理分布在多個(gè)服務(wù)器之間來減少高負(fù)載下功能崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

最佳使用場景

• 社交網(wǎng)絡(luò)
• 高流量數(shù)據(jù)如用戶日志和點(diǎn)擊流
• 低價(jià)值數(shù)據(jù)

如何評估一個(gè)好的軟件架構(gòu)？

一個(gè)高效的軟件架構(gòu)應(yīng)具有以下質(zhì)量屬性：

1. 功能性 Functionality：軟件可以提供滿足用戶需求的功能。
2. 可用性 Usability：軟件使用的便利性。
3. 可靠性 Reliability：在特定情況下提供所需功能的能力。
4. 可遷移性/支持性 Supportability：開發(fā)者將軟件遷移到不同平臺的難易度。
5. 性能 Performance：考慮資源利用、處理速度、響應(yīng)時(shí)間、生產(chǎn)力和吞吐量的近似值。
6. 獨(dú)立性 Self-Reliance：即使某些部分出現(xiàn)問題，仍能保持最佳性能的能力。

總結(jié)

綜上所述，軟件架構(gòu)是高效軟件的根基，它有助于在整個(gè)生命周期內(nèi)保持產(chǎn)品的質(zhì)量和易于管理。最終，它在長期內(nèi)證明是有利且必要的，因?yàn)樗子谛薷模?jié)省了開發(fā)人員的時(shí)間和精力。