三大架构设计原则
更新时间 2021-07-30 18:29:56    浏览 0   

TIP

本文主要是介绍 三大架构设计原则 。

可是一旦涉及“选择”,就很容易让架构师陷入两难的境地,例如:

如果选了最先进的技术后出了问题怎么办?如果选了目前最熟悉的技术,后续技术演进怎么办?

是要选择 Google 的 Angular 的方案来做,还是选择 Facebook 的 React 来做?Angular 看起来更强大,但 React 看起来更灵活?

是要选 MySQL 还是 MongoDB?团队对 MySQL 很熟悉,但是 MongoDB 更加适合业务场景?

做一个电商网站,是否简单地照搬淘宝就可以了?

没有一套通用的规范来指导架构师进行架构设计,更多是依赖架构师的经验和直觉

共性的原则:合适原则、简单原则、演化原则

# 一、合适原则

**合适原则宣言:“合适优于业界领先”。**最后可能都以失败告终!

  1. 将军难打无兵之仗:没那么多人,却想干那么多活,是失败的第一个主要原因。

  2. 罗马不是一天建成的:没有那么多积累,却想一步登天,是失败的第二个主要原因。

  3. 冰山下面才是关键:GFS 为何在 Google 诞生,而不是在 Microsoft 诞生?我认为 Google 有那么庞大的数据是一个主要的因素,而不是因为 Google 的工程师比 Microsoft 的工程师更加聪明。

没有那么卓越的业务场景,却幻想灵光一闪成为天才,是失败的第三个主要原因。

没有腾讯那么多的人,没有 QQ 那样海量用户的积累,没有 QQ 那样的业务。

# 二、简单原则

简单原则宣言:“简单优于复杂”。

例如设计一个主备方案,如果你用心跳来实现,可能大家都认为这太简单了。但如果你引入 ZooKeeper 来做主备决策,可能很多人会认为这个方案更加“高大上”一些,毕竟 ZooKeeper 使用的是 ZAB 协议,而 ZAB 协议本身就很复杂。其实,真正理解 ZAB 协议的人很少(我也不懂),但并不妨碍我们都知道 ZAB 协议很优秀。

“复杂”在软件领域,却恰恰相反,代表的是“问题”。体现在两个方面:

# 1. 结构的复杂性

结构复杂的系统几乎毫无例外具备两个特点:

组成复杂系统的组件数量更多

同时这些组件之间的关系也更加复杂

我以图形的方式来说明复杂性:

2 个组件组成的系统:

wxmp

3 个组件组成的系统:

wxmp

4 个组件组成的系统:

wxmp

5 个组件组成的系统:

wxmp

结构上的复杂性存在的第一个问题是,组件越多,就越有可能其中某个组件出现故障,从而导致系统故障。这个概率可以算出来,假设组件的故障率是 10%(有 10% 的时间不可用),那么有 3 个组件的系统可用性是(1-10%)×(1-10%)×(1-10%)= 72.9%,有 5 个组件的系统可用性是(1-10%)×(1-10%)×(1-10%)×(1-10%)×(1-10%)=59%,两者的可用性相差 13%。

结构上的复杂性存在的第二个问题是,某个组件改动,会影响关联的所有组件,这些被影响的组件同样会继续递归影响更多的组件。还以上面图中 5 个组件组成的系统为例,组件 A 修改或者异常时,会影响组件 B/C/E,D 又会影响 E。这个问题会影响整个系统的开发效率,因为一旦变更涉及外部系统,需要协调各方统一进行方案评估、资源协调、上线配合。

结构上的复杂性存在的第三个问题是,定位一个复杂系统中的问题总是比简单系统更加困难。首先是组件多,每个组件都有嫌疑,因此要逐一排查;其次组件间的关系复杂,有可能表现故障的组件并不是真正问题的根源

# 2. 逻辑的复杂性

意识到结构的复杂性后,我们的第一反应可能就是“降低组件数量”,毕竟组件数量越少,系统结构越简。最简单的结构当然就是整个系统只有一个组件,即系统本身,所有的功能和逻辑都在这一个组件中实现。

不幸的是,这样做是行不通的,原因在于除了结构的复杂性,还有逻辑的复杂性,即如果某个组件的逻辑太复杂,一样会带来各种问题。

逻辑复杂的组件,一个典型特征就是单个组件承担了太多的功能。以电商业务为例,常见的功能有:商品管理、商品搜索、商品展示、订单管理、用户管理、支付、发货、客服……把这些功能全部在一个组件中实现,就是典型的逻辑复杂性。

将这些功能全部在单一的组件中实现,可以想象一下这个恐怖的场景:

系统会很庞大,可能是上百万、上千万的代码规模,“clone”一次代码要 30 分钟。

几十、上百人维护这一套代码,某个“菜鸟”不小心改了一行代码,导致整站崩溃。

需求像雪片般飞来,为了应对,开几十个代码分支,然后各种分支合并、各种分支覆盖。

产品、研发、测试、项目管理不停地开会讨论版本计划,协调资源,解决冲突。

版本太多,每天都要上线几十个版本,系统每隔 1 个小时重启一次。

复杂的电路就意味更强大的功能,而复杂的架构却有很多问题呢?根本原因在于电路一旦设计好后进入生产,就不会再变,复杂性只是在设计时带来影响;而一个软件系统在投入使用后,后续还有源源不断的需求要实现,因此要不断地修改系统,复杂性在整个系统生命周期中都有很大影响。

功能复杂的组件,另外一个典型特征就是采用了复杂的算法。复杂算法导致的问题主要是难以理解,进而导致难以实现、难以修改,并且出了问题难以快速解决

以 ZooKeeper 为例,ZooKeeper 本身的功能主要就是选举,为了实现分布式下的选举,采用了 ZAB 协议,所以 ZooKeeper 功能虽然相对简单,但系统实现却比较复杂。相比之下,etcd 就要简单一些,因为 etcd 采用的是 Raft 算法,相比 ZAB 协议,Raft 算法更加容易理解,更加容易实现。

简单的方案和复杂的方案都可以满足需求,最好选择简单的方案。

# 三、演化原则

演化原则宣言:“演化优于一步到位”。

软件架构从字面意思理解和建筑结构非常类似,事实上“架构”这个词就是建筑领域的专业名词,维基百科对“软件架构”的定义中有一段话描述了这种相似性:

从和目的、主题、材料和结构的联系上来说,软件架构可以和建筑物的架构相比拟。

对于软件来说,变化才是主题。根据业务的发展而不断变化,很多预测和分析都是不靠谱的。

考虑到软件架构需要根据业务发展不断变化这个本质特点,软件架构设计其实更加类似于大自然“设计”一个生物,通过演化让生物适应环境,逐步变得更加强大:

1、生物要适应当时的环境

2、有利的基因传递下去,将不利的基因剔除或者修复

3、无法调整就被自然淘汰;新的生物会保留一部分原来被淘汰生物的基因

# 软件架构设计同样是类似的过程:

1、设计出来的架构要满足当时的业务需要

2、架构要不断地在实际应用过程中迭代,保留优秀的设计,修复有缺陷的设计,改正错误的设计,去掉无用的设计,使得架构逐渐完善。

3、当业务发生变化时,架构要扩展、重构,甚至重写;代码也许会重写,但有价值的经验、教训、逻辑、设计等(类似生物体内的基因)却可以在新架构中延续。

不要贪大求全,或者盲目照搬大公司的做法。应该认真分析当前业务的特点,明确业务面临的主要问题,设计合理的架构,在运行过程中不断完善架构,不断随着业务演化架构。

# 小结

这三条架构设计原则是否每次都要全部遵循?是否有优先级?谈谈你的理解,并说说为什么。

# 评论:

合适优于先进>演化优于一步到位>简单优于复杂

适应当前需要是首位的,连当前需求都满足不了谈不到其他。架构整体发展是要不断演进的,在这个大前提下,尽量追求简单,但也有该复杂的时候,就要复杂,比如生物从单细胞一直演化到如今,复杂是避免不了的,

合适原则:确定了复杂度之后,能承受其包括性能,可用性,可拓展性,成本,安全方面的最小代价解(简单原则),而演化原则是对上述系统的迭代优化

# 参考文章

  • https://www.jianshu.com/p/d77b29ddd12b
更新时间: 2021-07-30 18:29:56
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