-     前言     -

在軟件研發(fā)這個(gè)領(lǐng)域，程序員的終極目標(biāo)都是想成為一名合格的架構(gòu)師。然而夢(mèng)想很美好，但現(xiàn)實(shí)卻很曲折。

在實(shí)際工作中，程序員會(huì)分很多種，有的擅長(zhǎng)編碼實(shí)現(xiàn)，有的擅長(zhǎng)底層原理，有的擅長(zhǎng)邏輯實(shí)現(xiàn)等等，在各自的領(lǐng)域都表現(xiàn)不俗、擔(dān)當(dāng)核心，然而，面臨更高層架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，很多優(yōu)秀的程序員卻折戟沙場(chǎng)，未能完成華麗轉(zhuǎn)身。

架構(gòu)的真諦是什么呢？架構(gòu)真的如此難把控嗎？難道真的只有天資聰慧、天賦異能的程序員才能駕馭架構(gòu)嗎？

不要?dú)怵H，平常心，其實(shí)人人都是架構(gòu)師，可能你做的任一一件事已無(wú)形中用到了架構(gòu)。

本篇文章將帶您慢慢走進(jìn)架構(gòu)，揭秘架構(gòu)的真諦。正如，架構(gòu)不是神秘物，吸取真諦即了然。

-     架構(gòu)的背景     -

如果想要深入理解某一事物的本質(zhì)，最好的方式就是去追尋這個(gè)事物出現(xiàn)的歷史背景和推動(dòng)因素。所以我們先來(lái)梳理一下軟件開發(fā)的進(jìn)化史，探索一下軟件架構(gòu)出現(xiàn)的歷史背景。

1、機(jī)器語(yǔ)言

最早的軟件開發(fā)使用的是“機(jī)器語(yǔ)言”，其直接使用二進(jìn)制碼0和1來(lái)表示機(jī)器可以識(shí)別的指令和數(shù)據(jù)。

比如：為了完成“將寄存器 BX 的內(nèi)容送到 AX 中”，機(jī)器語(yǔ)言如下：

1000100111011000

歸納一下，機(jī)器語(yǔ)言的主要問題是三難：

太難寫、太難讀、太難改！

2、匯編語(yǔ)言

為了解決機(jī)器語(yǔ)言編寫、閱讀、修改復(fù)雜的問題，匯編語(yǔ)言應(yīng)運(yùn)而生。匯編語(yǔ)言又叫“符號(hào)語(yǔ)言”，用助記符代替機(jī)器指令的操作碼，用地址符號(hào)（Symbol）或標(biāo)號(hào)（Label），代替指令或操作數(shù)的地址。

比如：為了完成“將寄存器 BX 的內(nèi)容送到 AX 中”，匯編語(yǔ)言如下：

mov ax,bx 

相比機(jī)器語(yǔ)言來(lái)說，匯編語(yǔ)言就清晰得多了。匯編語(yǔ)言雖然解決了機(jī)器語(yǔ)言讀寫復(fù)雜的問題，但本質(zhì)上還是面向機(jī)器的，因?yàn)閷憛R編語(yǔ)言需要我們精確了解計(jì)算機(jī)底層的知識(shí)。

面向機(jī)器的語(yǔ)言，帶來(lái)的問題就是：

匯編語(yǔ)言需要針對(duì)不同 CPU 的匯編指令和結(jié)構(gòu)，代碼編寫多份。

3、高級(jí)語(yǔ)言

為了解決匯編語(yǔ)言的問題，前輩們又設(shè)計(jì)出了一個(gè)“高級(jí)語(yǔ)言”。為什么會(huì)叫“高級(jí)語(yǔ)言”呢？原因在于這些語(yǔ)言讓程序員不需要關(guān)注機(jī)器底層的低級(jí)結(jié)構(gòu)和指令，只需要關(guān)注具體的問題和業(yè)務(wù)即可。

比如：以4+6=?這個(gè)加法為例，如果用Lisp語(yǔ)言，只需要簡(jiǎn)單一行代碼：

(+ 4 6) 

除此以外，通過編譯程序的處理，高級(jí)語(yǔ)言可以被編譯為適合不同CPU指令的機(jī)器語(yǔ)言。程序員只要寫一次程序，就可以在不同的機(jī)器上編譯運(yùn)行，無(wú)須根據(jù)不同的機(jī)器指令重寫整個(gè)程序。

4、兩次軟件危機(jī)

第一次軟件危機(jī)與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)，解放了程序員，但好景不長(zhǎng)，隨著軟件的規(guī)模和復(fù)雜度的大大增加，軟件質(zhì)量低下，質(zhì)量把控難度高，項(xiàng)目無(wú)法如期完成，嚴(yán)重超支等現(xiàn)象。例如，1963 年美國(guó)的 水手一號(hào)火箭發(fā)射失敗事故，就是因?yàn)橐恍?FORTRAN 代碼錯(cuò)誤導(dǎo)致的。

所以，為了解決上面的問題，針對(duì)性的提出了解決方法“軟件工程”，雖然“軟件工程”提出之后也曾被視為軟件領(lǐng)域的銀彈，但后來(lái)事實(shí)證明，軟件工程同樣無(wú)法根除軟件危機(jī)，只能在一定程度上緩解軟件危機(jī)。

差不多同一時(shí)間，“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)” 作為另外一種解決軟件危機(jī)的方案被提了出來(lái)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是拋棄 goto 語(yǔ)句，采取“自頂向下、逐步細(xì)化、模塊化”的指導(dǎo)思想。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)本質(zhì)上還是一種面向過程的設(shè)計(jì)思想，但通過“自頂向下、逐步細(xì)化、模塊化”的方法，將軟件的復(fù)雜度控制在一定范圍內(nèi)，從而從整體上降低了軟件開發(fā)的復(fù)雜度。

第二次軟件危機(jī)與面向?qū)ο?/span>

結(jié)構(gòu)化編程的風(fēng)靡在一定程度上緩解了軟件危機(jī)，然而隨著硬件的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)需求越來(lái)越復(fù)雜，以及編程應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，第二次軟件危機(jī)很快就到來(lái)了。

第二次軟件危機(jī)的根本原因還是 在于軟件生產(chǎn)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上硬件和業(yè)務(wù)的發(fā)展。

第一次軟件危機(jī)的根源在于 軟件的“邏輯”變得非常復(fù)雜；

第二次軟件危機(jī)主要體現(xiàn)在 軟件的“擴(kuò)展”變的非常復(fù)雜。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)雖然能夠緩解軟件邏輯的復(fù)雜性，但是對(duì)于業(yè)務(wù)變化帶來(lái)的軟件擴(kuò)展卻無(wú)能為力。軟件領(lǐng)域迫切希望找到新的銀彈來(lái)解決軟件危機(jī)，在這種背景下，面向?qū)ο蟮乃枷腴_始流行起來(lái)。

雖然面向?qū)ο箝_始也被當(dāng)做解決軟件危機(jī)的銀彈，在一定程度上解決了軟件“擴(kuò)展”帶來(lái)的復(fù)雜性。但事實(shí)證明，和軟件工程、結(jié)構(gòu)化程度設(shè)計(jì)一樣，面向?qū)ο笠膊皇倾y彈，而只是一種新的軟件方法而已。

5、軟件架構(gòu)的產(chǎn)生

與之前的各種新方法或者新理念不同的是，“軟件架構(gòu)”出現(xiàn)的背景并不是整個(gè)行業(yè)都面臨類似相同的問題，“軟件架構(gòu)”也不是為了解決新的軟件危機(jī)而產(chǎn)生的，這是怎么回事呢？

隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的增加，計(jì)算相關(guān)的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不再構(gòu)成主要的設(shè)計(jì)問題。當(dāng)系統(tǒng)由許多部分組成時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的組織，也就是所說的“軟件架構(gòu)”，產(chǎn)生了一系列新的設(shè)計(jì)問題。比如：

1. 系統(tǒng)規(guī)模龐大，內(nèi)部耦合嚴(yán)重，開發(fā)效率低；

2. 系統(tǒng)耦合嚴(yán)重，牽一發(fā)動(dòng)全身，后續(xù)修改和擴(kuò)展困難；

3. 系統(tǒng)邏輯復(fù)雜，容易出問題，出問題后很難排查和修復(fù)；

“軟件架構(gòu)”的出現(xiàn)有其歷史必然性。第一次軟件危機(jī)引出了“結(jié)構(gòu)化編程”，創(chuàng)造了“模塊”概念；第二次軟件危機(jī)引出了“面向?qū)ο缶幊獭保瑒?chuàng)造了“對(duì)象”概念；直到“軟件架構(gòu)”的產(chǎn)生，創(chuàng)造了“組件”概念。

“模塊”、“對(duì)象”和“組件”本質(zhì)上都是對(duì)達(dá)到一定規(guī)模的軟件進(jìn)行拆分，差別只是在于隨著軟件的復(fù)雜度不斷增加，拆分的粒度越來(lái)越粗，拆分的層次越來(lái)越高。

-     架構(gòu)指什么     -

對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說，“架構(gòu)”是一個(gè)再常見不過的詞了。當(dāng)提起“架構(gòu)”這個(gè)詞時(shí)，如果去深究一下：“架構(gòu)”到底指什么？大部分人也許并不一定能夠準(zhǔn)確地回答。1000個(gè)人心中可能有1001種架構(gòu)的含義。

那么如何才能準(zhǔn)確的理解架構(gòu)呢？理解架構(gòu)首先理解三個(gè)有關(guān)系而又相似的概念，包括：系統(tǒng)與子系統(tǒng)、模塊與組件、框架與架構(gòu)。

1、系統(tǒng)與子系統(tǒng)

關(guān)于“系統(tǒng)”的定義，我們先來(lái)看維基百科的定義：

系統(tǒng)泛指由一群 有關(guān)聯(lián) 的個(gè)體組成，根據(jù)某種 規(guī)則運(yùn)作，能完成 個(gè)別元件不能單獨(dú)完成的工作的群體。它的意思是“總體”、“整體”或“聯(lián)盟”。

來(lái)提煉下里面的關(guān)鍵信息：

1. 關(guān)聯(lián)：系統(tǒng)是由一群有關(guān)聯(lián)的個(gè)體組成的，沒有關(guān)聯(lián)的個(gè)體堆在一起不能成為一個(gè)系統(tǒng)，例如：把一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)PC放在一起不能稱之為一個(gè)系統(tǒng)，把發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、輪胎、車架組合起來(lái)才能成為一臺(tái)汽車。

2. 規(guī)則：系統(tǒng)內(nèi)的個(gè)體需要按照指定的規(guī)則運(yùn)作，而不是單個(gè)個(gè)體各自為政。規(guī)則規(guī)定了系統(tǒng)內(nèi)個(gè)體分工和協(xié)作的方式。例如：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生動(dòng)力，然后通過變速器和傳動(dòng)軸，將動(dòng)力輸出到輪胎上，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。

3. 能力：系統(tǒng)能力和個(gè)體能力有本質(zhì)的差別，系統(tǒng)能力也不是個(gè)體能力之和，而是產(chǎn)生了新的能力。例如：汽車能夠載重前進(jìn)，而發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、車輪本身都不具備這樣的能力。

再來(lái)看下子系統(tǒng)的定義：

子系統(tǒng)也是由一群有關(guān)聯(lián)的個(gè)體所組成的系統(tǒng)，多半會(huì)是更大系統(tǒng)中的一部分。

其實(shí)子系統(tǒng)和系統(tǒng)的定義是一樣的，只是觀察的角度有差異，一個(gè)系統(tǒng)可能是另外一個(gè)更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

按照這個(gè)定義，系統(tǒng)和子系統(tǒng)比較容易理解。以微信為例來(lái)做一個(gè)分析：

1. 微信本身是一個(gè)系統(tǒng)，包含聊天、登錄、支付、朋友圈等子系統(tǒng)；

2. 朋友圈這個(gè)系統(tǒng)又包括動(dòng)態(tài)、評(píng)論、點(diǎn)贊等子系統(tǒng)；

3. 評(píng)論這個(gè)系統(tǒng)可能又包括防刷子系統(tǒng)、審核子系統(tǒng)、發(fā)布子系統(tǒng)、存儲(chǔ)子系統(tǒng)等；

4. 評(píng)論審核子系統(tǒng)不再包含業(yè)務(wù)意義上的子系統(tǒng)，而是包括各個(gè)模塊或者組件，這些模塊或者組件本身也是另外一個(gè)維度上的系統(tǒng)，例如：MySQL、Redis等存儲(chǔ)系統(tǒng)，但不是業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

2、模塊與組件

從邏輯的角度來(lái)拆分系統(tǒng)，得到的單元就是“模塊”；從物理的角度來(lái)拆分系統(tǒng)，得到的單元就是“組件”。劃分模塊的主要目的是職責(zé)分離；劃分組件的主要目的是單元復(fù)用。其實(shí)，“組件”的英文“component”也可以翻譯成中文的“零件”一詞，“零件”更容易理解一些，“零件”是一個(gè)物理的概念，并且具備“獨(dú)立且可替換”的特點(diǎn)。

3、框架與架構(gòu)

單純從定義的角度來(lái)看，框架關(guān)注的是“規(guī)范”，架構(gòu)關(guān)注的是“結(jié)構(gòu)”。框架的英文是“Framework”，架構(gòu)的英文是“Architecture”。

我們經(jīng)常會(huì)說，比如：“工程采用的是MVC架構(gòu)”、“工程使用的是SSH框架”等。所以，第一句話是站在結(jié)構(gòu)的層面來(lái)說明，第二句話是站在規(guī)范的層面來(lái)說明。

同時(shí)，如果是以不同的角度來(lái)說明結(jié)構(gòu)，會(huì)得出不同的架構(gòu)描述，比如：

從業(yè)務(wù)邏輯的角度分解，“學(xué)生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)：

“學(xué)生管理系統(tǒng)”的架構(gòu)

4、重新定義架構(gòu)

軟件架構(gòu)指軟件系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)。

首先，“系統(tǒng)是一群關(guān)聯(lián)個(gè)體組成”，這些“個(gè)體”可以是“子系統(tǒng)”、“模塊”、“組件”等；架構(gòu)需要明確系統(tǒng)包含哪些“個(gè)體”。

其次，系統(tǒng)中的個(gè)體需要“根據(jù)某種規(guī)則”運(yùn)作，架構(gòu)需要明確個(gè)體運(yùn)作和協(xié)作的規(guī)則。

-     總結(jié)     -

架構(gòu)其實(shí)就是為了應(yīng)對(duì)軟件系統(tǒng)復(fù)雜度而提出的解決方案。架構(gòu)關(guān)鍵思維即為判斷與取舍。

正如，在一個(gè)有約束的盒子里去求解或接近最合適的解。這個(gè)約束的盒子可能會(huì)包含團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)、成本、資源、時(shí)間、業(yè)務(wù)階段等因素?fù)诫s在一起的綜合體，針對(duì)這個(gè)綜合體，分析出系統(tǒng)架構(gòu)的復(fù)雜度，進(jìn)行合適的判斷與取舍，從而設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)募軜?gòu)用在合適的軟件系統(tǒng)中。

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