從IT 編輯的角度看軟件架構(gòu)變遷

孫學(xué)瑛

（電子工業(yè)出版社有限公司，北京 100036）

1 軟件架構(gòu)的定義

軟件架構(gòu)在IT 界歷來沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，眾說紛紜，國際著名的面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)、UML、模式等方面的專家，敏捷開發(fā)方法的創(chuàng)始人之一馬丁·福勒（Martin Fowler）就曾說過：“很多人都試圖給‘架構(gòu)’下定義，而這些定義本身卻很難統(tǒng)一。”因?yàn)檐浖軜?gòu)有組成派和決策派之分，每個(gè)流派對(duì)架構(gòu)均有不同的看法和定義，如：

而本文又需要去探索軟件架構(gòu)變遷，因此從純技術(shù)的角度出發(fā)，采用的是IEEE 610.12-1990 軟件工程標(biāo)準(zhǔn)詞匯中的定義：

架構(gòu)是以組件、組件之間的關(guān)系、組件與環(huán)境之間的關(guān)系為內(nèi)容的某一系統(tǒng)的基本組織結(jié)構(gòu)，以及指導(dǎo)上述內(nèi)容設(shè)計(jì)與演化的原理（Principle）。

由此可見，軟件架構(gòu)中“架構(gòu)”的是一種生態(tài)，最終目的是讓軟件好用，從而讓軟件更好地為業(yè)務(wù)服務(wù)，因此，本文主要分析的是軟件架構(gòu)在整個(gè)業(yè)務(wù)生態(tài)的作用，這里以電子商務(wù)為例，這一業(yè)務(wù)的核心利益點(diǎn)在于成交。而成交這一過程又包括：平臺(tái)、消費(fèi)者、產(chǎn)品、物流這4 個(gè)要素。在這4 個(gè)要素當(dāng)中又會(huì)發(fā)生：

買賣，即平臺(tái)吸引買家購買、賣家入駐。

合作，即平臺(tái)與買家、商家、物流等外在合作者的合作關(guān)系。

服務(wù)，即平臺(tái)要為相關(guān)人員提供良好的服務(wù)，促成成交。

因此，要實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮如何更有利于讓信息流、資金流、物流等得以順暢。而軟件架構(gòu)又以訪問量的逐漸增大或者突然激增而不斷演變，接下來就會(huì)詳細(xì)闡述這一演變過程。

2 單體軟件架構(gòu)

21 世紀(jì)初期，中國的電子商務(wù)剛剛萌芽，此時(shí)網(wǎng)站只是簡(jiǎn)單的ASP“個(gè)人網(wǎng)站系統(tǒng)”，四五位技術(shù)人員即可實(shí)現(xiàn)線上下單，只需要初步實(shí)現(xiàn)MVC 架構(gòu)即可，如圖1所示。

普通用戶接觸的是展現(xiàn)層，即界面。當(dāng)普通用戶在界面上執(zhí)行一個(gè)操作時(shí)，業(yè)務(wù)層在背后就會(huì)讀取數(shù)據(jù)，MVC（Model、View、Controller）軟件架構(gòu)就會(huì)處理用戶操作請(qǐng)求，反饋操作結(jié)果到展現(xiàn)層。其中，Model 是核心程序，View 用于展現(xiàn)Model 數(shù)據(jù)，Controller 則控制著整個(gè)操作完成過程的交互。這種將核心程序、展現(xiàn)與控制分離的模式因其易維護(hù)、易重用、易管理，再加上有應(yīng)用非常廣泛的MVC 框架（Spring 等）而流行至今。

圖1 基本的MVC 架構(gòu)

隨著電子商務(wù)日益普及，流量猛增，每日從幾單到上千單，再到數(shù)萬單，平臺(tái)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，平臺(tái)架構(gòu)也會(huì)不斷演化，從ASP 架構(gòu)到.NET 架構(gòu)，.NET 和Java系統(tǒng)并行之后，再到基礎(chǔ)Java 的整體系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。這種架構(gòu)更為穩(wěn)固。

圖2 京東首頁架構(gòu)（引自《決戰(zhàn)618》）

3 分布式軟件架構(gòu)

隨著用戶量和訂單量的激增，原有架構(gòu)已無法適應(yīng)發(fā)展需求，因此在整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展期，軟件架構(gòu)發(fā)生了如圖3 所示的變化。

由圖3 可見，分布式應(yīng)用架構(gòu)是將系統(tǒng)“分而治之”以應(yīng)對(duì)億級(jí)乃至更多的流量和請(qǐng)求。分而治之所帶來的問題：

如何將原有系統(tǒng)“分”成各個(gè)小系統(tǒng)（即微服務(wù)）？

如何管理各個(gè)小系統(tǒng)？

如何管理各個(gè)小系統(tǒng)的交互？

如何拓展系統(tǒng)？

如何保證各個(gè)小系統(tǒng)交互的安全性和可靠性？

……

這也是這個(gè)階段架構(gòu)師所必須面臨的問題。

合久必分，分久必合，這一經(jīng)典名言放在軟件架構(gòu)當(dāng)中也是適用的。在軟件系統(tǒng)發(fā)展到要承擔(dān)海量的用戶訪問時(shí)，拆分是必然的，然后如何拆分能保證系統(tǒng)的可靠性又是一種藝術(shù)。微服務(wù)是其中一種拆分方法，即面向服務(wù)拆分，這是一種對(duì)用戶極為友好且易理解的方案，每個(gè)微服務(wù)僅關(guān)注于如何很好地完成一個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)代表著一個(gè)小的業(yè)務(wù)能力。以電子商務(wù)系統(tǒng)為例，我們要增加一種結(jié)賬支付方式，則只需要修改“結(jié)賬服務(wù)”即可，無須修改其他子系統(tǒng)，因?yàn)檎w系統(tǒng)采用“微服務(wù)”架構(gòu)，拆分為各個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)。

微服務(wù)中的“微”有好有壞，好處在于能快速交付軟件，很多子系統(tǒng)可重用，非常適合電子商務(wù)這種互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，但是壞處在于維護(hù)成本和難度均高，“微”意味著背后需要基礎(chǔ)設(shè)施的巨量維護(hù)支撐。

4 云原生

當(dāng)云于2006 年出現(xiàn)在國人視野之中發(fā)展至今時(shí)，軟件于大眾也如同水電一樣使用了，云為軟件架構(gòu)帶來的轉(zhuǎn)變，當(dāng)然就是翻天覆地的。軟件架構(gòu)在云上，享受云廠商提供的各種資源和服務(wù)，不再是從零開始開發(fā)軟件系統(tǒng)，而是基于云廠商的基礎(chǔ)設(shè)施與軟件產(chǎn)品，改造和定制現(xiàn)有軟件系統(tǒng)，讓開發(fā)者更專注于業(yè)務(wù)本身，帶來更多便利。比如，2019 年阿里巴巴雙十一的2684 億元交易全部發(fā)生在云上，可見云所能承載的算力可以是海量的；2020年新冠疫情之后，健康寶讓大家能順暢地行走于各地，大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地防疫抗疫，這都得益于云的力量。

目前大多企業(yè)的核心應(yīng)用都在慢慢云化，處于云下和云上的過渡階段，但是很多新應(yīng)用運(yùn)用更適合云上環(huán)境的方法來構(gòu)建和運(yùn)行，如容器服務(wù)和函數(shù)計(jì)算，如特斯拉公司的Model 系列電動(dòng)轎車上市后，車輛購買者會(huì)發(fā)現(xiàn)汽車的功能可以隨著時(shí)間推移而不斷更新升級(jí)。這就是云原生的魅力所在，云的趨勢(shì)勢(shì)不可擋。

目前云計(jì)算有三種分類，分別是：

（1）軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）

SaaS 是一種用戶可按需取用軟件的模式。用戶不必再像以前那樣花費(fèi)大量投資用于硬件、軟件、人員，而只需要按最終用戶數(shù)、使用時(shí)間的長(zhǎng)短、消耗的網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)規(guī)模或者數(shù)據(jù)保存期限等因素支出一定的服務(wù)租賃費(fèi)用，即可享用相應(yīng)的服務(wù)。

（2）平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）

圖3 軟件架構(gòu)的演進(jìn)

相對(duì)SaaS，PaaS 為用戶提供的是一個(gè)集成平臺(tái)，而不是某一應(yīng)用軟件，平臺(tái)可包括數(shù)據(jù)庫、集成開發(fā)環(huán)境等全部的軟件運(yùn)行環(huán)境，用戶可以對(duì)他們開發(fā)出來的應(yīng)用軟件進(jìn)行部署測(cè)試。因?yàn)樾枰邆湟欢ㄩ_發(fā)能力，所以這些用戶需要是程序開發(fā)員、軟件測(cè)試工程師、應(yīng)用程序部署人員或者應(yīng)用程序管理員等。用戶需要根據(jù)處理器消耗、網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)規(guī)模及使用時(shí)間的長(zhǎng)短等因素給云服務(wù)提供商付費(fèi)。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）

相對(duì)前兩種，IaaS 為用戶提供的是一種基礎(chǔ)設(shè)施，這主要包括云端的虛擬機(jī)、NAS 存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施及其他能部署和運(yùn)行任何軟件的基礎(chǔ)計(jì)算資源等所有設(shè)施，因此用戶可以在上面能夠部署和運(yùn)行任意軟件，甚至包括操作系統(tǒng)，也有可能獲得對(duì)網(wǎng)絡(luò)組件（例如，防火墻、負(fù)載均衡器等）的控制。因此，這些用戶一般為系統(tǒng)開發(fā)人員、系統(tǒng)管理員或者熱衷于掌控基礎(chǔ)設(shè)施的IT 部經(jīng)理，他們需要根據(jù)虛擬機(jī)使用CPU 的小時(shí)數(shù)、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)規(guī)模和時(shí)間、消耗的網(wǎng)絡(luò)帶寬，以及申請(qǐng)的公網(wǎng)IP 地址的數(shù)量等因素向云服務(wù)提供商付費(fèi)。

從這三種分類，軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）可以得知，云這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)將自身所有資源歸結(jié)于服務(wù)，將服務(wù)的所有權(quán)和使用權(quán)分離，并將使用權(quán)分時(shí)分地地出租給用戶。

云其實(shí)就是一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在及未來IT 中所有的I（Information）和T（Technology）將全部挪到這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中。我們普通用戶只需隨時(shí)隨地取用、運(yùn)營及擴(kuò)充，IT 技術(shù)對(duì)普通用戶而言將越來越黑盒化、簡(jiǎn)易化。所以，此時(shí)的軟件架構(gòu)將全部歸一為使用服務(wù)。

5 結(jié)束語

由上述簡(jiǎn)單分析可得出，軟件架構(gòu)在整個(gè)業(yè)務(wù)生態(tài)當(dāng)中起著基礎(chǔ)設(shè)施的作用，最終是為了業(yè)務(wù)增長(zhǎng)而服務(wù)的，因此軟件架構(gòu)隨業(yè)務(wù)而變，而增減、完善組件。因業(yè)務(wù)而進(jìn)行的軟件架構(gòu)演講是所有技術(shù)人員孜孜不倦的追求，軟件架構(gòu)與所有利益相關(guān)人員，如架構(gòu)師、開發(fā)人員、業(yè)務(wù)人員等是息息相關(guān)的，軟件架構(gòu)在很大程度上架構(gòu)的是人。未來的架構(gòu)應(yīng)該是業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)與數(shù)據(jù)架構(gòu)的融合與統(tǒng)一。