前言
如何針對當前需求，選擇合適的應用架構，如何面向未來，保證架構平滑過渡，這個是軟件開發(fā)者，特別是架構師，都需要深入思考的問題。
無架構，不系統(tǒng)，架構是大型系統(tǒng)的關鍵。從形上看，架構是系統(tǒng)的骨架，支撐和鏈接各個部分；從神上看，架構是系統(tǒng)的靈魂，深刻體現(xiàn)業(yè)務本質。
架構可細分為業(yè)務架構、應用架構、技術架構，業(yè)務架構是戰(zhàn)略，應用架構是戰(zhàn)術，技術架構是裝備。其中應用架構承上啟下，一方面承接業(yè)務架構的落地，另一方面影響技術選型。
如何針對當前需求，選擇合適的應用架構，如何面向未來，保證架構平滑過渡，這個是軟件開發(fā)者，特別是架構師，都需要深入思考的問題。本文基于作者在大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實踐和思考，和大家一起探討應用架構的選型。
應用架構本質
應用作為獨立可部署的單元，為系統(tǒng)劃分了明確的邊界，深刻影響系統(tǒng)功能組織、代碼開發(fā)、部署和運維等各方面，應用架構定義系統(tǒng)有哪些應用、以及應用之間如何分工和合作。
分有兩種方式，一種是水平分，按照功能處理順序劃分應用，比如把系統(tǒng)分為web前端/中間服務/后臺任務，這是面向業(yè)務深度的劃分。另一種是垂直分，按照不同的業(yè)務類型劃分應用，比如進銷存系統(tǒng)可以劃分為三個獨立的應用，這是面向業(yè)務廣度的劃分。
應用的合反映應用之間如何協(xié)作，共同完成復雜的業(yè)務case，主要體現(xiàn)在應用之間的通訊機制和數(shù)據(jù)格式，通訊機制可以是同步調用/異步消息/共享DB訪問等，數(shù)據(jù)格式可以是文本/XML/JSON/二進制等。
應用的分偏向于業(yè)務，反映業(yè)務架構，應用的合偏向于技術，影響技術架構。分降低了業(yè)務復雜度，系統(tǒng)更有序，合增加了技術復雜度，系統(tǒng)更無序。
應用架構的本質是通過系統(tǒng)拆分，平衡業(yè)務和技術復雜性，保證系統(tǒng)形散神不散。
系統(tǒng)采用什么樣的應用架構，受業(yè)務復雜性影響，包括企業(yè)發(fā)展階段和業(yè)務特點；同時受技術復雜性影響，包括IT技術發(fā)展階段和內部技術人員水平。業(yè)務復雜性（包括業(yè)務量大）必然帶來技術復雜性，應用架構目標是解決業(yè)務復雜性的同時，避免技術太復雜，確保業(yè)務架構落地。
常見的應用架構有多種，下面根據(jù)系統(tǒng)拆分方式，以及如何平衡業(yè)務與技術的角度進行分析，討論各自的適用性，給企業(yè)應用架構選型提供參考。
單體式應用
1、架構模型
系統(tǒng)只有一個應用，相應地，代碼放在一個工程里管理；打包成一個應用；部署在一臺機器；在一個DB里存儲數(shù)據(jù)。單體式應用的架構如下圖所示：
單體式應用采用分層架構，按照調用順序，從上到下一般為表示層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)訪問層、DB層，表示層負責用戶體驗，業(yè)務層負責業(yè)務邏輯，數(shù)據(jù)訪問層負責DB層的數(shù)據(jù)存取。
單體應用在水平方向上，上下層之間職責劃分清晰；但垂直方向上缺乏清晰的邊界，上下層模塊之間是多對多的依賴關系，比如業(yè)務模塊1 （圖中BO1）可能調用數(shù)據(jù)層所有模塊DAO 1~3， DAO1也可能被業(yè)務層所有模塊BO1~3調用。
單體應用通過水平分層，降低了業(yè)務復雜性；同時模塊之間是進程內部調用，技術實現(xiàn)簡單。
但單體應用對系統(tǒng)的切分不徹底，只有水平切分，并且是邏輯上，因此適合業(yè)務比較單一，但深度上比較復雜的系統(tǒng)，比如TCP/IP網(wǎng)絡通訊，從應用層/傳輸層/網(wǎng)絡層/鏈路層，層層推進，類似這樣的系統(tǒng)可以方便地增加水平層次去適配。
對于廣度上復雜的業(yè)務，由于缺乏垂直切分，強行把不同業(yè)務綁定在一起，整個系統(tǒng)神散形不散，帶來一系列問題。比如OTA網(wǎng)站包含機票/酒店/旅游等多個垂直業(yè)務板塊，每塊都比較獨立，就不適合放在一起開發(fā)維護。
2、優(yōu)缺點
單體式應用的優(yōu)點和缺點都很鮮明，如下圖所示。
單體式應用的優(yōu)點明顯：
- 現(xiàn)有IDE都是集成開發(fā)環(huán)境，非常適合單體式應用，開發(fā)、編譯、調試一站式搞定。
- 一個應用包含所有功能，容易測試和部署。
- 運行在一個物理節(jié)點，環(huán)境單一，運行穩(wěn)定，故障恢復簡單。
單體式應用的缺點也明顯：
- 業(yè)務邊界模糊，模塊職責不清晰，當系統(tǒng)逐漸變大，代碼依賴復雜，難以維護。
- 所有人同時在一個工程上開發(fā)，容易發(fā)生代碼修改沖突，依賴復雜導致項目協(xié)調困難，并且局部修改影響不可知，需要全覆蓋測試，需要重新部署，難以支持大團隊并行開發(fā)。
- 當系統(tǒng)很大時，編譯和部署耗時。
- 應用水平擴展難，一方面狀態(tài)在應用內部管理，無法透明路由；另
- 一方面，不同模塊對資源需求差異大，當業(yè)務量增大時，一視同仁地為所有模塊增加機器導致硬件浪費。
作者之前曾在一家大型電商公司工作，當時整個網(wǎng)站是一個單體應用，有數(shù)百萬行代碼，有專門的團隊負責代碼合并，有專門的團隊負責編譯腳本開發(fā)，有一套復雜的火車模型協(xié)調不同團隊，整套流程體系很精密很復雜，但這何嘗不是單體應用的無奈和代價。
分布式架構應用
1、架構模型
在分布式應用架構中，應用相互獨立，每個應用代碼獨立開發(fā)，獨立部署，應用通過有限的API接口互相關聯(lián)。API接口屬于應用一部分，一般和表示層處于同一層次，兩者共享業(yè)務邏輯層，API和表示層采用同樣的web端技術，通訊協(xié)議一般使用HTTP，數(shù)據(jù)格式是JSON，應用集成方式比較簡化。
分布式架構首先對系統(tǒng)按照業(yè)務進行垂直切分，對廣度上復雜的業(yè)務實現(xiàn)物理解耦，應用內部還是水平切分，對深度上復雜的業(yè)務實現(xiàn)邏輯解耦。分布式架構也可以解決業(yè)務量大的問題，對于某些高并發(fā)/大流量系統(tǒng)，把系統(tǒng)切分為不同應用，針對資源需求特點（比如CPU/IO/存儲密集型），通過加強硬件配置滿足不同應用的需求，避免一刀切方式帶來的資源浪費。
技術上，API采用標準的HTTP/JSON進行通訊，調用雙方實現(xiàn)難度都不大，但是API一般是“裸奔”的，在系統(tǒng)層面，調用依賴關系不透明，調用可靠性缺乏保障，因此只適用應用之間依賴鏈路少，調用量不大的系統(tǒng)，即應用之間耦合確實夠松的系統(tǒng)。
2、優(yōu)缺點
分布式架構每個應用內部高內聚，獨立開發(fā)、測試和部署，支持開發(fā)敏捷；同時應用之間松耦合，業(yè)務邊界清晰，業(yè)務依賴明確，支持大項目并行開發(fā)，實現(xiàn)業(yè)務敏捷。
在分布式架構中，應用的表示層和API沒有物理分離，需要同時滿足自身業(yè)務需求和關聯(lián)業(yè)務需求，相互影響，比如API接口會隨著外部應用的需求經(jīng)常變化，這會導致整個應用重新部署。
運行時，API以HTTP/REST方式通過網(wǎng)絡對外提供接口，其通信可靠性和數(shù)據(jù)的封裝性相對于進程內調用比較差，如果沒有一些可靠的技術機制，如路由保障/失敗重試/監(jiān)控等， 裸奔的API方式將嚴重影響系統(tǒng)整體可用性。
SOA架構
1、架構模型
廣義上，SOA也是分布式應用架構一種，但內涵不同。
這里有兩種類型的“應用”，應用1~N是前端應用，面向用戶，服務1~N是service，只提供業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)。這些應用都是獨立部署，前端應用不再通過API直接關聯(lián)，而是通過后端服務共享業(yè)務邏輯。
此外相對于“裸奔”的API，SOA架構提供配套的服務治理，包括服務注冊、服務路由、服務授權、服務降級、服務監(jiān)控等等。這些功能通過專門的中間件支持，有中心化和去中心化兩種方式，具體技術實現(xiàn)機制和適用場景，網(wǎng)上有很多專門介紹，這里就不展開了。
SOA架構在分布式架構垂直切分的基礎上，進一步把原來單體應用的業(yè)務邏輯層獨立成service，做到物理上的徹底分離。
每個service專注于特定職責，實現(xiàn)系統(tǒng)核心業(yè)務邏輯，service之間通過互相調用，可以完成復雜業(yè)務邏輯，解決業(yè)務深度上的問題；同時service面向眾多的應用，以共享的方式支持邏輯復用。所以，SOA架構既體現(xiàn)業(yè)務的分，又體現(xiàn)業(yè)務的合，更多地從業(yè)務整體上考慮系統(tǒng)拆分。
相比分布式應用架構，基于SOA的系統(tǒng)有大量的service應用，整個系統(tǒng)基于服務調用，所以對服務依賴的透明性和服務調用的可靠性提出很高要求，需要專門的SOA框架支持，還需要配套的監(jiān)控體系和自動化的運維系統(tǒng)支持，技術復雜性高，SOA架構可以集中體現(xiàn)一個企業(yè)的IT技術能力。
2、優(yōu)缺點
SOA架構優(yōu)缺點如下圖所示：
相比較普通API方式，SOA架構更進一步：
- 每個service都是濃縮的精華，聚焦某方面核心業(yè)務，同時以復用的方式供整個系統(tǒng)共享。
- 服務作為獨立的應用，獨立部署，接口清晰，很容易做自動化測試和部署。
- 服務是無狀態(tài)的，很容易做水平擴展；通過容器虛擬化技術，實現(xiàn)故障隔離和資源高效利用，業(yè)務量大的時候，加機器即可。
- 基于SOA的系統(tǒng)可以根據(jù)服務運行情況，靈活調控服務資源，包括服務上下架、服務升降級等，使系統(tǒng)真正具備可運營的能力。
當然天下沒有免費的午餐，SOA也帶來了額外復雜性和弊端：
- 系統(tǒng)依賴復雜，給開發(fā)/測試/部署帶來一系列挑戰(zhàn)。
- 端到端的調用鏈路長，可靠性降低，依賴網(wǎng)絡狀況、服務框架及具體service的質量。
- 分布式數(shù)據(jù)一致性和分布式事務支持困難，一般通過最終一致性簡化解決。
- 端到端的測試和排障復雜，SOA對運維提出更高要求。
SOA落地方式
在實踐中，SOA架構不斷深入發(fā)展，具體落地形式也多種多樣。
1、面向外部SOA
SOA的前身是web service，web service初衷是企業(yè)之間通過Internet進行互聯(lián)，如下圖所示：
每個公司把自己的優(yōu)勢資源通過web service發(fā)布，如圖中天氣服務/機票服務/酒店預訂服務來自不同公司，其他企業(yè)可以直接調用服務或整合多個服務，實現(xiàn)企業(yè)間資源共享。
2、面向應用SOA
面向應用SOA把原單體應用里的業(yè)務邏輯層剝離出來，作為單獨的服務對外提供。
舉一個電商的例子，這里有兩個應用，顧客使用的商品詳情頁，展示商品的信息、商品庫存，商品價格；內部客服人員使用的客服系統(tǒng)，根據(jù)顧客來電要求，修改訂單，同時也需要獲取商品的基本信息、價格信息等。
經(jīng)過SOA改造后，應用架構如下圖所示：
這里的service實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)對于前端頁面的透明化，表示層和業(yè)務邏輯各自獨立維護，同時全部業(yè)務邏輯對其他應用開放，新應用可以自由整合來自多個服務的接口，快速支持業(yè)務創(chuàng)新。
但每個service是原系統(tǒng)業(yè)務邏輯的封裝，接口設計面向原應用的業(yè)務case，如果其它應用的需求有差異，則自己創(chuàng)建service訪問底層數(shù)據(jù)。如此導致service職責不夠聚焦，類似的接口分散化，同時底層數(shù)據(jù)表被多方訪問，數(shù)據(jù)模型修改困難，數(shù)據(jù)一致性難以保障。
最終系統(tǒng)整體依賴復雜，容易形成網(wǎng)狀結構，修改時，往往牽一發(fā)動全身。
3、微內核SOA
每個企業(yè)都有自己的核心數(shù)據(jù)，比如對于電商系統(tǒng)來說，用戶/商品/訂單/庫存/價格都是核心數(shù)據(jù)，稱之為主數(shù)據(jù)。微內核SOA聚焦各類主數(shù)據(jù)，封裝相關表的所有訪問，架構示意如下：
每個服務獨占式地封裝對應主數(shù)據(jù)表的訪問，這些服務構成系統(tǒng)的基礎服務，一起組成系統(tǒng)的微內核，供所有上層應用共享。
微內核服務是原子服務，接口粒度比較細，可以在其上構造聚合服務，為上層應用提供粗粒度服務?？梢允切畔⒕酆?，比如圖中商品聚合服務整合商品的基本信息/庫存/價格；也可以是流程聚合，比如下單接口，調用來自多個服務的接口，共同完成復雜的下單操作。
這里服務是分層次的，聚合服務是上層，基礎服務是底層，依賴規(guī)則如下：
- 上層服務可以調用同層服務和基礎服務
- 基礎服務是原子服務，不可相互調用
- 前端應用可調用聚合服務和跨層調用基礎服務
微內核的微表示服務數(shù)量有限，接口粒度細；內核表示這些基礎服務處于調用底層，負責核心數(shù)據(jù)和業(yè)務，這和操作系統(tǒng)的內核概念上類似，主數(shù)據(jù)相當于核心的硬件，如cpu/內存/外存等，微內核的各個基礎服務分別負責這些核心資源的管理，屏蔽底層的復雜性，對上層應用提供統(tǒng)一入口和透明化訪問。
最近微服務很火，其特征是職責單一、接口粒度細、輕量級通訊協(xié)議等，微內核SOA架構有微服務的形，同時有業(yè)務內核的神，是架構形散神不散思想的很好體現(xiàn)，這個在淘寶、京東、一號店等大型電商系統(tǒng)都已有豐富實踐。
4、方式比較
面向企業(yè)外部SOA，業(yè)務場景有特殊性，不深入分析，這里主要比較面向應用SOA和微內核SOA的區(qū)別，一個大型B2C電商系統(tǒng)，應用和主數(shù)據(jù)是多對多依賴關系，如下圖所示：
面向應用的服務從特定應用出發(fā)，整合應用對相關數(shù)據(jù)的訪問需求；從特定主數(shù)據(jù)出發(fā)，收斂各個業(yè)務對數(shù)據(jù)的訪問需求。
在面向應用的服務設計下，數(shù)據(jù)表的訪問入口是發(fā)散的，來自多個應用，這帶來一系列弊端：
1）數(shù)據(jù)模型碎片化
每個應用都會基于自己的需求，往表里加字段，很多電商的商品表/訂單表有多達200個字段，都是野蠻增長，缺少控制的結果。
2）數(shù)據(jù)模型修改困難
類似的訪問需求散布在多個服務，缺乏整合，同時表schema修改會影響很多服務和應用。
3）連接資源利用率低
多個服務直連數(shù)據(jù)庫，并且每個服務會盡可能多地配置連接數(shù)，在應用數(shù)量多，業(yè)務并發(fā)量大的情況下，往往導致數(shù)據(jù)庫連接數(shù)不夠。
微內核SOA通過收斂對主數(shù)據(jù)的訪問，保證數(shù)據(jù)模型一致性、優(yōu)化接口和有效利用數(shù)據(jù)庫連接資源。同時通過服務分層，簡化系統(tǒng)依賴關系。更為重要的是，微內核服務保證了業(yè)務模型的一致性，比如電商系統(tǒng)的商品體系，包含單品/系列商品/組合商品/搭售商品/虛擬商品等一系列復雜概念，這些復雜邏輯在基礎商品服務里處理，對上層業(yè)務透明一致。
如果業(yè)務模式簡單，應用數(shù)量少，特定主數(shù)據(jù)的訪問絕大多數(shù)（比如說80%）來自某個應用，則服務設計以應用為中心是可以的，不利影響比較小。
對于大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，業(yè)務廣度和深度都復雜，但無論多復雜的系統(tǒng)，主數(shù)據(jù)類型都是有限的，可以通過聚焦有限的基礎業(yè)務，以此支持無限的應用業(yè)務，結果是底層業(yè)務模型穩(wěn)定，上層業(yè)務可以靈活擴展。
面向應用的服務設計是SOA初級階段，從具體業(yè)務著手，自底向上，難度小；微內核服務設計是SOA高級階段，從全局著手，對業(yè)務和數(shù)據(jù)模型高度抽象，自頂向下，難度大。
值得注意的是，在提供基礎服務同時，每個應用也可以創(chuàng)建自己需要的服務（但主數(shù)據(jù)的訪問必須通過基礎服務），所以微內核的服務和面向應用的服務可以有機結合在一起，當業(yè)務應用變得很多，并且不斷增長，可以考慮逐步往基礎服務過渡，整合特定主數(shù)據(jù)有關的業(yè)務邏輯。
順便提一下，應用架構會影響組織架構，如果采用面向應用的服務設計，具體service一般由相關應用的團隊負責；如果是微內核的服務設計，一般由單獨的共享服務部門負責所有基礎服務開發(fā)，和各個業(yè)務研發(fā)部門并列，保證設計的中立性和需求響應的及時性。
應用架構的進化
軟件是人類活動的虛擬，業(yè)務架構是生產(chǎn)活動的體現(xiàn)，應用架構是具體分工合作關系的體現(xiàn)。
單體應用類似原始氏族時代，氏族內部有簡單分工，氏族之間沒有聯(lián)系；分布式架構類似封建社會，每個家庭自給自足，家庭之間有少量交換關系；SOA架構類似工業(yè)時代，企業(yè)提供各種成品服務，我為人人，人人為我，相互依賴。微內核的SOA架構類似后工業(yè)時代，有些企業(yè)聚焦提供水電煤等基礎設施服務，其他企業(yè)在之上提供生活服務，依賴有層次。
業(yè)務架構是生產(chǎn)力，應用架構是生產(chǎn)關系，技術架構是生產(chǎn)工具。業(yè)務架構決定應用架構，應用架構需要適配業(yè)務架構，并隨著業(yè)務架構不斷進化，同時應用架構依托技術架構最終落地。
企業(yè)一開始業(yè)務比較簡單，比如進銷存，此時面向內部用戶，提供簡單的信息管理系統(tǒng)（MIS），支持數(shù)據(jù)增刪改查即可，單體應用可以滿足要求。
隨著業(yè)務深入，進銷存每塊業(yè)務都變復雜，同時新增客戶關系管理，以更好支持營銷，業(yè)務的深度和廣度都增加，這時需要對系統(tǒng)按照業(yè)務拆分，變成一個分布式系統(tǒng)。
更進一步，企業(yè)轉向互聯(lián)網(wǎng)+戰(zhàn)略，拓展在線交易，線上系統(tǒng)和內部系統(tǒng)業(yè)務類似，沒必要重做一套，此時把內部系統(tǒng)的邏輯做服務化改造，同時供線上線下系統(tǒng)使用，變成一個簡單的SOA架構。
緊接著業(yè)務模式越來越復雜，訂單、商品、庫存、價格每塊玩法都很深入，比如價格區(qū)分會員等級，訪問渠道（無線還是PC），銷售方式（團購還是普通）等，還有大量的價格促銷，這些規(guī)則很復雜，容易相互沖突，需要把分散到各個業(yè)務的價格邏輯進行統(tǒng)一管理，以基礎價格服務的方式透明地提供給上層應用，變成一個微內核的SOA架構。
同時不管是企業(yè)內部用戶，還是外部顧客所需要的功能，都由很多細分的應用提供支持，需要提供portal，集成相關應用，為不同用戶提供統(tǒng)一視圖，頂層變成一個AOA的架構（application orientated architecture）。
隨著業(yè)務和系統(tǒng)不斷進化，最后一個比較完善的大型互聯(lián)網(wǎng)應用架構如下圖所示：
最終整個系統(tǒng)化整為零，形神兼?zhèn)洌С址e木式拼裝，支持開發(fā)敏捷和業(yè)務敏捷。
應用架構，需要站在業(yè)務和技術中間，在正確的時間點做正確的架構選擇，保證系統(tǒng)有序進化。
