开发人员必须知道的软件系统架构分类知识

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简介: 日常工作中或者是看各种资料或阅读书籍时,大佬们关于软件架构的描述中经常会看到SaaS和云原生,微服务,事件驱动型这几种词汇,其实这几类架构描的角度是不一样的。

日常工作中或者是看各种资料或阅读书籍时,大佬们关于软件架构的描述中经常会看到SaaS和云原生,微服务,事件驱动型这几种词汇,其实这几类架构描的角度是不一样的。

SaaS(Software as a Service,软件即服务)、云原生(Cloud Native)、微服务(Microservices)、事件驱动型(Event-Driven)这几种概念描述的角度并不完全相同,它们分别关注于软件开发和部署的不同层面和特性,但彼此之间存在关联和重叠。下面是对每个概念简要的描述:

1. SaaS (软件即服务):

SaaS是一种软件交付模型,其中软件应用程序以订阅形式通过互联网提供给客户使用。用户无需管理底层基础设施、应用更新或维护,这些都是由服务提供商负责。SaaS关注的是软件的交付方式和商业模式,而不是软件的具体架构。

2. 云原生 (Cloud Native):

云原生是一种构建和运行应用程序的方法论,它充分利用云计算的优势,如弹性伸缩、持续交付、DevOps文化、微服务等。云原生应用设计时就考虑到了云环境的特性,通常使用容器(如Docker)、容器编排(如Kubernetes)、微服务架构等技术,以实现高可移植性、可扩展性和高可用性。

3. 微服务 (Microservices):

微服务架构是一种将大型复杂应用程序拆分为一组小型、自治服务的设计方法。每个服务负责一个特定的功能,服务之间通过API(通常是RESTful API或gRPC)进行通信。微服务强调服务的松耦合、独立部署和可扩展性,适合快速迭代和灵活的开发流程。

4. 事件驱动型 (Event-Driven):

事件驱动架构是一种设计模式,其中组件通过发布和订阅事件来通信,而不是直接调用对方的接口。在这种架构中,系统对事件作出响应,事件可以由用户操作、系统状态变化或其他服务触发。事件驱动有助于解耦系统组件,提高系统的灵活性和可扩展性。

虽然这些概念角度不同,但在现代软件开发实践中,它们经常被结合使用。例如,一个云原生的SaaS应用可能会采用微服务架构,并利用事件驱动的方式处理服务间的通信和流程协调,以达到高度可扩展、灵活和高效的目的。

接下来我们从几个概念角度来解释这些分类。

一 云计算的主要交付模型角度

从云计算的主要交付模型角度来说,主要有以下的分类。

1.基础设施即服务(IaaS, Infrastructure as a Service)

描述:IaaS提供基础计算资源,如服务器、存储、网络和操作系统,用户可以在这些资源上部署和运行任意软件,包括操作系统、数据库和应用程序等。

优点:

弹性伸缩:根据需求快速增加或减少资源,应对业务波动。

成本效益:按需付费模式减少了初期投资,只需为实际使用的资源付费。

管理简化:云服务商负责硬件维护和升级,减轻了用户的管理负担。

缺点:

安全与合规性:用户需自行管理应用安全,可能需要额外努力确保符合行业标准和法规要求。

技术依赖:需要一定的技术能力来配置和管理云环境。

2.平台即服务(PaaS, Platform as a Service)

描述:PaaS在IaaS的基础上进一步提供了开发、测试、部署和管理应用程序的平台。它包括操作系统、数据库管理系统、服务器软件、开发工具等。

优点:

高效开发:开发者可以直接在平台上构建应用,无需关心底层架构,加快了开发速度。

环境一致性:确保开发、测试和生产环境的一致性,简化部署流程。

自动化运维:平台自动处理底层资源的运维工作,如备份、恢复、扩展等。

缺点:

限制性:可能需要适应特定的技术栈或服务,限制了某些定制化的灵活性。

数据迁移:一旦应用深入绑定到特定PaaS平台,未来迁移到其他平台可能会有难度。

3.软件即服务(SaaS, Software as a Service)

描述:SaaS直接向用户提供完整的应用程序,通过互联网访问,无需安装或维护软件。常见的例子包括电子邮件服务、CRM系统、办公套件等。

优点:

易用性:用户无需安装软件,通过浏览器即可使用,降低了使用门槛。

成本节省:通常采用订阅模式,无需大额前期投资,且包含维护和支持费用。

即时更新:服务提供商负责软件的升级和维护,用户始终能使用最新版本。

缺点:

定制化有限:相比本地部署,SaaS产品的定制化程度可能较低,难以满足所有企业的特殊需求。

数据控制:数据存储在云端,用户对数据的控制权和安全性有所顾虑。

每种模型都有其适用场景,企业应根据自身需求和技术能力选择最合适的云计算交付方式。

二 应用程序划分及数据处理方式的角度

从微服务架构所描述的应用程序划分及数据处理方式的角度来说,还有以下的分类。

1. 单体架构 (Monolithic Architecture):

这是最传统的架构形式,整个应用程序作为一个单独的单元运行,包含了用户界面、业务逻辑和数据访问层等所有组件。它相对简单,但难以扩展和维护。

2. 应用数据分离架构:

将应用程序服务器与数据库服务器分离,可以提高性能和可伸缩性,但相比微服务,它仍然是一个中心化管理的应用架构。

3. 读写分离架构:

在数据库层面进行水平扩展,将读操作和写操作分配到不同的数据库服务器,以提高读取效率和写入吞吐量。

4. 冷热分离架构:

根据数据访问频率将数据分为热数据(频繁访问)和冷数据(不常访问),并分别存储在高性能和低成本的存储介质上。

5. 垂直分库架构:

将不同业务模块的数据分散到不同的数据库中,以减少单一数据库的压力,提高访问效率。

6. SOA (Service-Oriented Architecture,面向服务的架构):

虽然与微服务有相似之处,但SOA更侧重于通过定义良好的接口和协议将应用程序的不同部分作为服务进行交互,服务粒度可能比微服务大,并且历史更悠久。

7. Lambda架构:

一种大数据处理架构,结合了批量处理和实时处理,旨在同时处理大量历史数据和实时数据流。

8. Serverless架构:

在这种架构中,开发者无需管理服务器,而是将代码上传至云平台,由平台自动管理和扩展资源。函数即服务(FaaS)是其常见形式。

这些架构各有优缺点,选择合适的架构取决于项目的规模、业务需求、团队技能、预算和技术成熟度等多种因素。

三 设计模式角度

从事件驱动型架构所描述的设计模式的角度来说,还有以下的分类。

1. 请求-响应架构 (Request-Response Architecture):

这是最常见的交互模式,客户端发送请求给服务器,服务器处理后返回响应。它是基于同步通信,与事件驱动的异步通信形成对比。

2. 发布-订阅架构 (Publish-Subscribe Architecture):

这是事件驱动架构中的一个核心模式,其中发布者发布事件到主题或通道,多个订阅者可以订阅这些主题并接收事件,实现了解耦和扩展性。

3. 消息队列架构 (Message Queue Architecture):

利用消息队列作为中介,生产者向队列发送消息,消费者从队列中消费消息。它支持异步处理,提高了系统的解耦和弹性,是事件驱动架构中的常见实现方式。

4. 服务导向架构 (Service-Oriented Architecture, SOA):

虽然SOA可以采用事件驱动的方式,但它更广泛地强调服务的重用和标准化接口。服务通过定义良好的接口相互通信,可以是同步也可以是异步。

5. 命令查询责任分离 (Command Query Responsibility Segregation, CQRS):

CQRS架构将读取操作(查询)和写入操作(命令)分离到不同的模型中,通常与事件溯源(Event Sourcing)结合,后者通过事件日志记录所有的状态变更,非常适合需要高度审计和复原能力的系统。

6. 反应式架构 (Reactive Architecture):

反应式系统强调弹性、响应性、弹性和消息驱动,事件驱动是其实现这些特性的手段之一。反应式系统设计原则包括响应用户、弹性处理负载变化、容错和异步消息传递。

每种架构都有其适用场景,设计时需要根据业务需求、系统复杂度、性能要求等因素综合考量。事件驱动架构特别适合需要高度解耦、实时处理和大规模分布式系统的场景。

四 构建和运行应用程序的方法角度

从云原生(Cloud Native)的角度来看,它不仅仅是一种技术栈,更是一种文化和方法论,旨在充分利用云计算的能力来构建和运行可弹性扩展的应用程序。除了云原生的核心元素,如容器化、微服务、DevOps、持续交付等,还有其他一些技术和架构理念与之类似或互补,共同支撑现代云应用的开发和部署:

1. 服务网格 (Service Mesh):

服务网格是一种专注于服务间通信的基础设施层,为微服务架构提供安全、监控、故障恢复等功能,比如Istio和Linkerd。它与云原生相辅相成,提升了微服务的管理和运维效率。

2. 无服务器计算 (Serverless Computing):

无服务器架构允许开发者编写代码而不必关心底层服务器的配置和管理,如AWS Lambda、Azure Functions和Google Cloud Functions。这种模型降低了运维成本,增强了自动扩展能力,是云原生应用部署的一种趋势。

3. 函数即服务 (Function-as-a-Service, FaaS):

FaaS是无服务器计算的一个分支,它让开发者能够专注于编写触发特定事件的小型代码片段(函数),而无需管理执行环境。与云原生倡导的按需扩展和最小化运维的理念相符。

4. 不可变基础设施 (Immutable Infrastructure):

这个概念提倡基础设施像软件一样进行版本控制和不可修改,每次部署都是使用全新的资源实例,这与云原生的快速部署和回滚策略相契合。

5. 声明式基础设施 (Declarative Infrastructure):

像Terraform、Kubernetes YAMLs这样的工具允许用户声明期望的基础设施状态,而非命令式地一步一步配置,提高了配置的一致性和可维护性,与云原生的自动化和可重复性原则一致。

6. 可观测性 (Observability):

包括日志、监控和追踪在内的可观测性工具和实践对于云原生应用至关重要,它们帮助运维团队理解和诊断分布式系统中的问题,如Prometheus、Grafana和Jaeger。

7. GitOps:

GitOps是一种将基础设施和应用配置的管理纳入Git版本控制的工作流程,与CI/CD流程结合,确保部署的一致性和可追溯性,与云原生的持续集成和交付理念相匹配。

这些技术和实践都是为了更好地实现云原生应用的快速迭代、高可用性和可扩展性目标,它们在现代软件开发中与云原生理念紧密相连,共同推动云时代的技术进步。

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