論軟件架構(gòu)風(fēng)格

軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是描述某一特定應(yīng)用領(lǐng)域中系統(tǒng)組織方式的慣用模式。體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格定義一個系統(tǒng)家族，即一個體系結(jié)構(gòu)定義一個詞匯表和一組約束。詞匯表中包含一些構(gòu)件和連接類型，而這組約束指出系統(tǒng)是如何將這些構(gòu)件和連接件組合起來的。體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格反應(yīng)了領(lǐng)域中眾多系統(tǒng)所共有的結(jié)構(gòu)和語義特性，并指導(dǎo)如何將各個模塊和子系統(tǒng)有效地組織成一個完整的系統(tǒng)。

請圍繞“論軟件架構(gòu)風(fēng)格”論題，依次從以下三個方面進行論述。

1、概要敘述你參與分析和設(shè)計的軟件系統(tǒng)開發(fā)項目以及你所擔(dān)任的主要工作。

2、軟件系統(tǒng)開發(fā)中常用的軟件架構(gòu)風(fēng)格有哪些？詳細闡述每種風(fēng)格的具體含義。

3、詳細說明你參與分析和設(shè)計的軟件系統(tǒng)是采用什么軟件架構(gòu)風(fēng)格的，并分析采用該架構(gòu)風(fēng)格設(shè)計的原因。

摘要：

本人于2019年11月參與廣東省某在線教育平臺“外教一對一在線教育”項目，該項目為客戶提供了一對一歐美外教視頻教學(xué)，社交圈，公眾直播等功能，提供全方位的軟件支撐，在該項目組中我擔(dān)任系統(tǒng)架構(gòu)師崗位，主要負責(zé)整體架構(gòu)設(shè)計與中間件選型。本文以該教育平臺為例，主要討論了軟件架構(gòu)風(fēng)格在該項目中的具體應(yīng)用。整個系統(tǒng)采用具有三層的層次式軟件架構(gòu)的設(shè)計思想，分別是應(yīng)用層，服務(wù)層，數(shù)據(jù)層。在應(yīng)用層中的業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計中，將整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分為十余個子系統(tǒng)。服務(wù)層以SpringCloud Alibaba 服務(wù)框架為核心，數(shù)據(jù)層采用了Mybatis框架。整個系統(tǒng)開發(fā)工作歷時18個月。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行近一年半時間。實踐證明，這種架構(gòu)設(shè)計有效地降低了維護成本，提高了系統(tǒng)地開放性，可拓展性，可復(fù)用性和可移植性。

正文：

隨著國家對教育越來越重視，英語教育地市場份額逐步上升，其中用戶口語提升地需求越來越大。為此，一些公司開始提供與外國人聊天地平臺。我公司決定從國際通訊領(lǐng)域進軍口語教育領(lǐng)域。為了這項戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，公司于2019年11月設(shè)計在線教育平臺系統(tǒng)（以下簡稱為“系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)幫助人們與歐美外教進行面對面地口語交流與教學(xué)。其中隨意聊提供了一個類似QQ視頻通話，而正式課程還提供了H5互動課件以提高教學(xué)質(zhì)量。與此同時，還有公眾直播用于拉新，AI測試用于評測學(xué)員能力，降低成本。我參與了該項目地開發(fā)工作，擔(dān)任系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師職務(wù)，主要負責(zé)設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。本項目組全體成員共9人，我主要負責(zé)項目計劃制定，需求分析，整體架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)選型，以及底層設(shè)計。該項目地架構(gòu)工作于次年2月完成，整個項目耗時18個月，于2021年5月完成。

在架構(gòu)工作地開始階段，我們便意識到，架構(gòu)風(fēng)格定義了用于描述系統(tǒng)地術(shù)語表和一組指導(dǎo)構(gòu)建系統(tǒng)地規(guī)則，是系統(tǒng)組織方式地慣用模式，可以為我們地項目提供架構(gòu)級地通用解決方案。這種架構(gòu)級地軟件重用可以極大提高我們地系統(tǒng)建設(shè)進程。

軟件系統(tǒng)開發(fā)中常用地軟件架構(gòu)風(fēng)格有：數(shù)據(jù)流風(fēng)格，調(diào)用/返回風(fēng)格，獨立構(gòu)件風(fēng)格，虛擬機風(fēng)格，倉庫風(fēng)格。數(shù)據(jù)流風(fēng)格包括批處理序列與管道-過濾器，其每一步處理都是獨立，順序執(zhí)行地，適用于簡單地線性流程。調(diào)用/返回風(fēng)格包括主程序/子程序風(fēng)格，面向?qū)ο箫L(fēng)格，層次結(jié)構(gòu)風(fēng)格，其進一步降低系統(tǒng)耦合度，明確系統(tǒng)層次。獨立構(gòu)件風(fēng)格包括進程通信，事件驅(qū)動（隱式調(diào)用），其構(gòu)件特點為軟件重用提供了支持。虛擬機風(fēng)格包括解釋器風(fēng)格，基于規(guī)則地系統(tǒng)風(fēng)格，其具有良好地靈活性，可自定義規(guī)則。倉庫風(fēng)格包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)風(fēng)格，超文本系統(tǒng)風(fēng)格，黑板系統(tǒng)風(fēng)格，其以數(shù)據(jù)為中心。除此之外，還有dssa,soa等架構(gòu)風(fēng)格。

在了解需求后，我們決定在公司技術(shù)顧問地建議下，采用層次架構(gòu)風(fēng)格。為了解決公司原通訊系統(tǒng)代碼冗余問題，我們進行了系統(tǒng)服務(wù)化，中間層不同地服務(wù)中心提供不同地業(yè)務(wù)服務(wù)。最終，我們將系統(tǒng)分為應(yīng)用層，服務(wù)層，數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層負責(zé)具體業(yè)務(wù)和視圖展示，如網(wǎng)站首頁，app內(nèi)搜索輸入與結(jié)果展示等，其又分為視圖層與業(yè)務(wù)邏輯層。服務(wù)層負責(zé)為應(yīng)用層提供通用服務(wù)支持，如賬戶管理服務(wù)，session管理服務(wù)等，其又細分為邏輯處理層與數(shù)據(jù)接口層。而數(shù)據(jù)層負責(zé)提供數(shù)據(jù)存儲訪問服務(wù)，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)，緩存服務(wù)，文件服務(wù)，搜索服務(wù)等。下面，我將分層次詳細介紹三層層次體系結(jié)構(gòu)地設(shè)計過程。

首先是應(yīng)用層。在應(yīng)用層中，我們將系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用進行水平劃分，這有助于代碼管理與維護。我們將系統(tǒng)分為課件管理系統(tǒng)，公眾直播系統(tǒng)，學(xué)員測試系統(tǒng)，課程管理系統(tǒng)等十余個子系統(tǒng)，這里以課件管理系統(tǒng)為例。課件管理系統(tǒng)負責(zé)學(xué)員上課所用地課件，有課件編輯，課件預(yù)覽，課件交互，課件展示等多個功能模塊。功能模塊調(diào)用服務(wù)層地服務(wù)支撐，如課件交互需要調(diào)用服務(wù)層由RabbitMQ實現(xiàn)地AMQP通信服務(wù)，通過該通信服務(wù)，實現(xiàn)教師端與學(xué)生端地課件地同步，從而使得課件交互變得有趣，生動，具有互動性。另一方面為了區(qū)別教師端與學(xué)生端地交互權(quán)限，課件模塊還需要調(diào)用服務(wù)層地賬戶服務(wù)，確定用戶身份，從而明確用戶在課件交互中地交互權(quán)限。與此同時，為了提高課件地可修改性，可互動性等，課件采用H5編寫。應(yīng)用層主要采用vue這一套用于構(gòu)建用戶界面的MVVM框架。其核心是提供對view和viewModel的雙向數(shù)據(jù)綁定，view和model之間并沒有直接的聯(lián)系，而是通過viewModel進行交互，view的變動，自動反應(yīng)在viewModel上，反之亦然，這樣就保證視圖和數(shù)據(jù)的一致性。此外還有動靜分離，動態(tài)資源靜態(tài)化等，這里不再贅述。

其次是服務(wù)層，服務(wù)層采用了SpringCloud Alibba服務(wù)框架等技術(shù)實現(xiàn)。隨著服務(wù)器規(guī)模的擴大，開發(fā)人員增多，每個應(yīng)用都變得復(fù)雜，臃腫，存在大量代碼重復(fù)。為解決這個問題，提出了兩個方案。一個是將應(yīng)用拆分得更小，確保每個應(yīng)用都保持在一個合適得大小。好處是設(shè)計能夠較快地完成，代碼也比較容易實現(xiàn)。這個方案存在一些問題，一方面數(shù)據(jù)庫的連接數(shù)壓力依舊存在，另一方面，代碼的冗余依舊存在。所以我們采用了第二個方案——服務(wù)化方案。服務(wù)化方案，即應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層中增加一個服務(wù)層。首先從結(jié)構(gòu)上來看，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為清晰明了，更為立體。穩(wěn)定性上來看，許多散落的代碼成為了通用服務(wù)，并交付專門的團隊負責(zé)維護。處于對成本與技術(shù)成熟度的考慮，我們采用了阿里研發(fā)的SpringCloud Alibaba服務(wù)框架。SpringCloud Alibaba提供了微服務(wù)開發(fā)的一站式解決方案，其包含了開發(fā)分布式應(yīng)用微服務(wù)的必需組件，如：注冊中心組件Nacos，負載均衡組件Ribbon，遠程調(diào)用組件OpenFeign，網(wǎng)關(guān)組件Gateway，服務(wù)保護組件Sentinel，服務(wù)配置管理組件SpringCloudConfig，方便開發(fā)者通過SpringCloud編程模型輕松的開發(fā)分布式應(yīng)用服務(wù)。

最后是數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層涉及緩存，文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)通知服務(wù)，搜索系統(tǒng)等模塊。由于用戶對數(shù)據(jù)的訪問具有集中性，所以我們基于SpringCache與Redis實現(xiàn)了緩存機制。由于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特性，數(shù)據(jù)庫往往是讀操作遠多于寫操作，所以我們對數(shù)據(jù)庫進行了讀寫分離。數(shù)據(jù)訪問方面，Java已經(jīng)有很多成熟技術(shù)，大致分為三種。第一種是為用戶提供專有API，這種方法便于實現(xiàn)功能，但是通用性較差。第二種是通過JDBC方式訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)層本身作為一個JDBC的實現(xiàn)，也就是暴露出JDBC的接口給服務(wù)層。該方法成本很低，遷移成本也非常低，但是開發(fā)成本相對高一些。第三種方式是基于ORM或類ORM接口的方式。我們采用的就是這種方式，使用數(shù)據(jù)庫時使用ORM框架-Mybatis框架，再將框架包裝一層，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)層功能，對外暴露的仍然是Mybatis的接口。該方法開發(fā)高效，敏捷，成本較低，而且兼容性不錯。此外，我們采用ElasticSearch作為數(shù)據(jù)層搜索引擎，數(shù)據(jù)訪問層物理部署采用Proxy方式等。限于篇幅，不再贅述。

最終項目成功上線，正常運行了近一年半，收到了各方好評。尤其是H5課件的良好互動性，使得大量業(yè)界同行爭相模仿，改用H5制作課件。還有我們的服務(wù)化方案架構(gòu)被作為許多傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)系統(tǒng)重構(gòu)的經(jīng)典方案。在系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計中，我們引入了層次架構(gòu)的設(shè)計思想，有效地降低了維護成本，提高了系統(tǒng)地開放性，可擴展性，可重用性以及可移植性。當然還是存在一些問題的。如H5課件采用Http協(xié)議，易被非法劫持，嵌入廣告，可以將協(xié)議修改為Https來解決。還有我們采用的負載均衡算法是加權(quán)輪詢算法，過于簡單，常常出現(xiàn)資源分配不合理的現(xiàn)象，可以將算法改為加權(quán)最小連接數(shù)算法來解決。這些都是我在今后的系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)中需要注意和改進的地方，也是日后我應(yīng)該努力的方向。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的软考高级软件架构师论文——论软件架构风格的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。