架构模式与原则之演进篇¶

概览¶

Architecture Design 演进史¶

• Monolithic
• Layered Architecture
• SOA
• Microservices
• Event Driven Microservices Architectures

理解 E-Commerce 领域¶

• 功能需求（用例）

  • 需求与建模（Requirements & Modelling）
  • 识别用户故事（User Stories）
  • 识别用户故事中的名词（Nouns）
  • 识别用户故事中的动词（Verbs）

• 非功能需求

  • 可扩展性 Scalability
  • 可用性 Availability
  • 可靠性 Reliability
  • 可维护性 Maintability
  • 易用性 Usability
  • 响应效率 Efficiency

Monolithic Architecture¶

单体简介¶

• 定义

  • 项目中所有的功能特性都维护在同一个代码仓库，就叫单体应用。

• 特点

  • 单一代码仓库
  • 单一 jar/war/bundle.js 文件
  • 部署范围大
  • 难以维护
  • 难以实现新特性

何时使用单体¶

• 需要保持简单直接：
• 构建、测试、部署、故障排查(troubleshoot)、垂直扩展(Scale Vertically)

单体的优势¶

• 开发简单
• 调试和测试容易
• 部署简单

单体的挑战¶

• 难以理解
• 难有新改变
• 新技术障碍
• 可扩展性差

单体参考架构¶

单体架构通信¶

• 进程间通信（Inter-Process Communication）
• 所有模块在同一个服务器
• 通信是由代码中的方法调用来执行的

• 事务管理

  • 单一数据库
  • 简单的提交与回滚操作

单体架构部署¶

• 单一代码库
• 影响整个系统
• 不可靠
• 昂贵且高风险

设计原则¶

• KISS
• YAGNI
• DRY

单体案例 E-Commerce¶

可扩展性：垂直/水平¶

垂直扩展¶

• Vertical Scaling/Scale up
• 增强 instance 的能力（RAM、CPU etc.）

水平扩展¶

• Horizontal Scaling/Scale out
• 增加更多 instances
• 提供可扩展性，但同时保持可靠性
• Stateful or Stateless

单体可扩展性 E-Commerce¶

• 为了提供单体架构的 可扩展性，我们增加应用服务服器
• 在服务器实例之前，引入**负载均衡器**
• 如图

负载均衡¶

• 平衡流量
• 分发流量到整个集群
• 一致性哈希算法（Consistent Hashing）

CAP 理论¶

• 用于水平扩展。

• 一致性（Consistency）

  • （等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）

• 可用性（Availability）

  • （每次请求都能获取到非错的响应——但是不保证获取的数据为最新数据）

• 分区容错性（Partition tolerance）

  • （系统如果不能在时限内达成数据一致性，就意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择。）

Layered (N-Layer) Architecture¶

架构常见分层¶

• User interface：比如 Web 界面
• Business logic：用例实现与服务暴露(如REST API）
• Data access：比如 SQL 数据库

设计原则 - SoC & SOLID¶

• SoC

  • 关注点分离 (SoC, Separation of Concerns)
  • 软件中的元素应该是他们独有的，而不是与其他成员分担责任。 (Elements in the software should be unique)
  • 成员间责任不共享 (Separate responsibilities)
  • 组件的命名空间作为分配责任的限制 (Namespaces as Limits to allocate Responsibilities)
  • 低耦合高内聚 (Low-coupling, high-cohesion)

• SOLID

  • Single Responsibility Principle
  • Open-Closed Principle
  • Liskov Substitution Principle
  • Interface Segregation Principle
  • Dependency Inversion Principle

分层架构 E-Commerce¶

Service-Oriented Architecture (SOA)¶

SOA 定义¶

• 面向服务（SOA）宗旨是 以服务为基准点 完成系统的组件化和模块化，继而完成架构搭建。
• SOA 通过 中立的接口定义 实现松耦合。

SOA 架构设计 E-Commerce¶

架构设计模式 - ESB¶

• 企业服务总线 (ESB, Enterprise Service Bus)
• 整合应用-生产者 & 消费者（Integrations between application）
• 基于消息中间件协作（Middleware messaging components）
• 数据模型的转换（Transformations of data models）
• 服务编排（Service orchestration）
• 复杂性和交互性引入了新的瓶颈（Increased complexity and inters introduced bottlenecks）

SOA 中通信¶

• 企业服务总线系统（Enterprise service bus-ESB system）
• 处理连接、消息，执行路由（Handles connectivity and messaging, performs routing）
• 服务间通信（Inter-service communication）
• 基于简单对象访问协议的 Web 服务（SOAP-based web services）
• 关键技术涉及简单对象访问协议、Web服务描述语言、XML Schema 等（SOAP, WSDL and XSD）

SOA vs Microservices¶

• 都使用服务间通信（Inter-service communication due to distributed services）
• SOA 使用企业服务总线（SOA. using Enterprise Service Bus）
• 微服务使用轻量级的消息代理（Microservices, using message brokers）
• SOA使用全局数据模型和共享数据库（SOA using Global data model）
• 微服务使用多种数据库（Microservices has polyglot databases）
• 服务大小不同，SOA 通常用来整合大型、复杂的、单体的应用（Size of the services different）
• SOA 增加复杂度和引入瓶颈（SOA increased complexity and introduced bottlenecks）
• ESB 中间件很昂贵，经常成为瓶颈（ESB middleware expensive）
• SOA 中的共享数据库引发 分布式单体，集中式服务，对变化有抵触

Microservices Architecture¶

Microservices 定义¶

• 微服务是 小的业务服务，它们可以一起工作，也可以 独立/自组织 的部署。
• Microservice are small business services that can work together and can be deployed autonomously / independently.

Microservices 特性¶

• 小、独立、松耦合（Small, independent and loosely coupled）
• 分离的代码库（Separate codebase）
• 独立部署（Deployed independently）
• 持久化自己的数据（Persisting their own data）
• 依赖定义好的 API 通信（Well-defined APIs）
• 拥抱不同技术栈（Technology agnostic）

Martin Fowler 说特性¶

• Componentization via Services
• Organized around Business Capabilities
• Products not Projects

• 智能端点和傻瓜式管道（Smart endpoints and dumb pipes)

  • SOA 典型例子是企业服务总线（ESB），ESB 负责消息路由、编排、转换以及业务规则的应用，称为智能管道（Smart pipes）。
  • 而微服务倾向于相反的做法。

• 去中心化技术治理（Decentralized Governance）

• 去中心化数据管理（Decentralized Data Management）
• 基础设施自动化（Infrastructure Automation）
• 容错设计（Design for failure）
• 演进式设计（Evolutionary Design）

Microservices 优势¶

• 敏捷（Agility）
• 小而聚焦的团队（Small, focused teams）
• 小而分离的代码库（Small and Separated Code Base）
• 最合适的工具（Right tool for the job）
• 适应技术变革（Adapting Technology changes）
• 错误隔离（Fault Isolation）
• 更好的可扩展性（Scalability）
• 数据隔离（Data isolation）

Microservices 挑战¶

• 复杂性（Complexity）
• 网络问题和延迟（Network problems and Latency）
• 开发和测试（Development and Testing)

• 数据完整性问题（Data Integrity）

  • 数据的一致性将是一个挑战。

单体 vs 微服务¶

• Architecture Comparison

• Deployment Comparison

Microservices 参考架构¶

• 参考架构一 - simple API GW

• 参考架构二 - message broker

Database-per-Service 模式¶

• 服务的松散耦合（Loose coupling of services）
• 自己的数据库（Own databases）
• 多边型持久化（Polygon persistence）
• 无法直接访问（Can't be accessed directly）
• 独立扩展（Scale independently）
• 数据封装在服务中（Data encapsulated within the service）
• 不影响其他服务（Not affect to other services）

微服务架构 E-Commerce¶

Microservices Architecture 分解¶

微服务分解路径¶

• 1）通过 Domain analysis 定义微服务边界

• 2）使用 DDD, Bounded Contexts 及其他 Decompose Strategies

  • 通过 business capability 分解
  • 通过 subdomains 分解

• 3）识别微服务边界

微服务分解模式¶

• 微服务分解模式-Decompose by Business Capability

  • 服务必须 高内聚
  • 服务必须 低耦合
  • 根据 Business Capabilities 定义服务
  • 一个业务能力的概念来自 business architecture modeling

• 微服务分解模式-Decompose by Subdomain

  • 服务必须 高内聚
  • 服务必须 低耦合
  • 根据 DDD subdomains 定义服务
  • 问题空间的 business as domain；domain 由多个 subdomains 组成，即 part of business。

Bounded Context 模式¶

• 什么是 DDD？

  • DDD is a recommended approach for use in complex systems
  • Bounded Contexts 是 groups of sub domains。

• 战略阶段 Strategic DDD

  • 关注 抽象
  • 分解问题空间的业务领域，输出：核心子域，通用子域，支撑子域
  • 进一步分解，输出：领域模型，限界上下文，上下文映射

• 战术阶段 Tactical DDD

  • 关注 实现
  • 产出软件实现的设计元素：entity, aggregate, value object, repository and domain service

识别 Bounded Context 边界¶

• 上下文映射模式（DDD-Context Mapping pattern）
• 定义领域间的逻辑边界

用领域分析来建模微服务¶

• 微服务依据 business capabilities 设计
• 松耦合、自治的服务
• DDD-Bounded Context 遵从 上下文映射模式；用 子域模型模式 来分解。

E-Commerce 领域案例¶

• 领域分析

  • 用例（Use Cases）

    • 转化成 User Stories items：
    • As a use I want to list products
    • As a use I want to filter products as categories

  • 名词/动词（Nouns and Verbs）

• 识别和分解微服务

References¶

Design Microservices¶

Blogs¶