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架构设计的本质:系统与子系统、模块与组件、框架与架构

发布时间:2022-01-28 点击数:353


0 前言

在软件研发这个范畴,程序员的终极方针都是想成为一名合格的架构师。但是梦想很美好,但现实却很曲折。

在实践作业中,程序员会分很多种,有的拿手编码完结,有的拿手底层原理,有的拿手逻辑完结等等,在各自的范畴都表现不俗、担任中心,但是,面对更高层架构规划时,很多优秀的程序员却折戟沙场,未能完结华丽转身。

架构的真理是什么呢?架构真的如此难把控吗?难道真的只要天分聪慧、天赋异能的程序员才能驾御架构吗?

不要气馁,平常心,其实人人都是架构师 ,或许你做的任一一件事已无形中用到了架构。

本篇文章将带您慢慢走进架构,揭秘架构的真理。正如,架构不是神秘物,吸取真理即了然 

1 架构的布景

假如想要深入了解某一事物的实质,最好的办法便是去追寻这个事物呈现的历史布景和推动要素。所以咱们先来梳理一下软件开发的进化史,探究一下软件架构呈现的历史布景。

1.1 机器言语

最早的软件开发运用的是“机器言语”,其直接运用二进制码0和1来表示机器可以辨认的指令和数据。

比方:为了完结“将寄存器 BX 的内容送到 AX 中”,机器言语如下:

1000100111011000

面对上面的1&0的字符串,不用多说,程序员心里肯定会气势磅礴吧,更甭说输入过错要去定位问题,求程序员的心里暗影面积?

归纳一下,机器言语的首要问题是三难:

太难写、太难读、太难改!

1.2 汇编言语

为了处理机器言语编写、阅读、修正杂乱的问题,汇编言语应运而生。汇编言语又名“符号言语”,用助记符替代机器指令的操作码,用地址符号(Symbol)或标号(Label),替代指令或操作数的地址 

比方:为了完结“将寄存器 BX 的内容送到 AX 中”,汇编言语如下:

mov ax,bx

相比机器言语来说,汇编言语就明晰得多了。汇编言语尽管处理了机器言语读写杂乱的问题,但实质上仍是面向机器的,由于写汇编言语需求咱们精确了解核算机底层的常识 

面向机器的言语,带来的问题便是 

汇编言语需求针对不同 CPU 的汇编指令和结构,代码编写多份。

1.3 高档言语

为了处理汇编言语的问题,前辈们又规划出了一个“高档言语”。为什么会叫“高档言语”呢?原因在于这些言语让程序员不需求重视机器底层的低级结构和指令,只需求重视具体的问题和事务即可 

比方:以4+6=?这个加法为例,假如用Lisp言语,只需求简略一行代码:

(+ 4 6)

除此以外,经过编译程序的处理,高档言语可以被编译为适合不同CPU指令的机器言语。程序员只要写一次程序,就可以在不同的机器上编译运行,无须依据不同的机器指令重写整个程序

1.4 两次软件危机

  1. 第一次软件危机与结构化程序规划
    高档言语的呈现,解放了程序员,但好景不长,跟着软件的规划和杂乱度的大大添加 ,软件质量低下,质量把控难度高,项目无法如期完结,严峻超标等现象。例如,1963 年美国的 水手一号火箭发射失利事端,便是由于一行 FORTRAN 代码过错导致的。
    所以,为了处理上面的问题,针对性的提出了处理办法“软件工程” ,尽管“软件工程”提出之后也曾被视为软件范畴的银弹,但后来事实证明,软件工程相同无法铲除软件危机,只能在必定程度上缓解软件危机 
    差不多同一时刻,“结构化程序规划” 作为别的一种处理软件危机的方案被提了出来。结构化程序规划的首要特色是抛弃 goto 语句,采纳“自顶向下、逐渐细化、模块化”的指导思想

结构化程序规划实质上仍是一种面向进程的规划思想 ,但经过“自顶向下、逐渐细化、模块化”的办法,将软件的杂乱度控制在必定范围内 ,然后从整体上降低了软件开发的杂乱度。

  1. 第2次软件危机与面向对象
    结构化编程的风靡在必定程度上缓解了软件危机,但是跟着硬件的快速开展,事务需求越来越杂乱 ,以及编程应用范畴越来越广泛,第2次软件危机很快就到来了。
    第2次软件危机的根本原因仍是 在于软件生产力远远跟不上硬件和事务的开展 

第一次软件危机的本源在于 软件的“逻辑”变得非常杂乱 

第2次软件危机首要体现在 软件的“扩展”变的非常杂乱 

  1. 结构化程序规划尽管可以缓解软件逻辑的杂乱性,但是对于事务改变带来的软件扩展却力不从心 。软件范畴迫切希望找到新的银弹来处理软件危机,在这种布景下,面向对象的思想开端流行起来。
    尽管面向对象开端也被当做处理软件危机的银弹,在必定程度上处理了软件“扩展”带来的杂乱性。但事实证明,和软件工程、结构化程度规划相同,面向对象也不是银弹,而仅仅一种新的软件办法而已 

1.5 软件架构的发生

与之前的各种新办法或许新理念不同的是,“软件架构”呈现的布景并不是整个行业都面对类似相同的问题,“软件架构”也不是为了处理新的软件危机而发生的,这是怎么回事呢 

跟着软件体系规划的添加,核算相关的算法和数据结构不再构成首要的规划问题 。当体系由许多部分组成时,整单个系的组织,也便是所说的“软件架构”,发生了一系列新的规划问题。比方:

  1. 体系规划庞大,内部耦合严峻,开发功率低;
  2. 体系耦合严峻,牵一发动全身,后续修正和扩展困难;
  3. 体系逻辑杂乱,简单出问题,出问题后很难排查和修正;

“软件架构”的呈现有其历史必然性。第一次软件危机引出了“结构化编程”,发明了“模块”概念;第2次软件危机引出了“面向对象编程”,发明了“对象”概念;直到“软件架构”的发生,发明了“组件”概念 

“模块”、“对象”和“组件”实质上都是对到达必定规划的软件进行拆分,不同仅仅在于跟着软件的杂乱度不断添加,拆分的粒度越来越粗,拆分的层次越来越高。

2 架构指什么

对于技术人员来说,“架构”是一个再常见不过的词了。当提起“架构”这个词时,假如去深究一下:“架构”到底指什么 ?大部分人也许并不必定可以精确地答复。1000个人心中或许有1001种架构的意义。

那么如何才能精确的了解架构呢?了解架构首要了解三个有联系而又类似的概念,包含:体系与子体系、模块与组件、结构与架构 

2.1 体系与子体系

关于“体系”的界说,咱们先来看维基百科的界说:

体系泛指由一群 有相关 的单个组成,依据某种 规矩运作 能完结 单个元件不能独自完结的作业的集体。它的意思是“总体”、“整体”或“联盟”。

来提炼下里面的要害信息:

  1. 相关 :体系是由一群有相关的单个组成的,没有相关的单个堆在一同不能成为一单个系,例如:把一个发动机和一台PC放在一同不能称之为一单个系,把发动机、底盘、轮胎、车架组合起来才能成为一台轿车。
  2. 规矩 :体系内的单个需求按照指定的规矩运作,而不是单个单个各自为政。规矩规矩了体系内单个分工和协作的办法。例如:轿车发动机担任发生动力,然后经过变速器和传动轴,将动力输出到轮胎上,然后驱动轿车行进。
  3. 才能 :体系才能和单个才能有实质的不同,体系才能也不是单个才能之和,而是发生了新的才能。例如:轿车可以载重行进,而发动机、变速器、传动轴、车轮自身都不具有这样的才能。

再来看下子体系的界说:

子体系也是由一群有相关的单个所组成的体系,多半会是更大体系中的一部分。

其实子体系和体系的界说是相同的,仅仅调查的视点有差异 ,一单个系或许是别的一个更大体系的子体系。

按照这个界说,体系和子体系比较简单了解。以微信为例来做一个分析:

  1. 微信自身是一单个系,包含聊天、登录、支付、朋友圈等子体系;
  2. 朋友圈这单个系又包含动态、谈论、点赞等子体系;
  3. 谈论这单个系或许又包含防刷子体系、审阅子体系、发布子体系、存储子体系等;
  4. 谈论审阅子体系不再包含事务意义上的子体系,而是包含各个模块或许组件,这些模块或许组件自身也是别的一个维度上的体系,例如:MySQL、Redis等存储体系,但不是事务子体系。

2.2 模块与组件

从逻辑的视点来拆分体系,得到的单元便是“模块”;从物理的视点来拆分体系,得到的单元便是“组件”。区分模块的首要意图是职责分离;区分组件的首要意图是单元复用 。其实,“组件”的英文“component”也可以翻译成中文的“零件”一词,“零件”更简单了解一些,“零件”是一个物理的概念,而且具有“独立且可替换”的特色。

2.3 结构与架构

单纯从界说的视点来看,结构重视的是“标准”,架构重视的是“结构” 。结构的英文是“Framework”,架构的英文是“Architecture”。

咱们经常会说,比方:“工程选用的是MVC架构”、“工程运用的是SSH结构”等。所以,第一句话是站在结构的层面来说明,第二句话是站在标准的层面来说明。

一起,假如是以不同的视点来说明结构,会得出不同的架构描绘,比方:

  1. 从事务逻辑的视点分化,“学生办理体系”的架构

image.png

  1. 从物理布置的视点分化,“学生办理体系”的架构

image.png

  1. 从开发结构的视点分化,“学生办理体系”的架构

image.png

2.4 从头界说架构

软件架构指软件体系的顶层结构 

首要 ,“体系是一群相关单个组成”,这些“单个”可以是“子体系”、“模块”、“组件”等;架构需求清晰体系包含哪些“单个” 

其次 ,体系中的单个需求“依据某种规矩”运作,架构需求清晰单个运作和协作的规矩 

3. 架构的方针

架构其实便是为了应对软件体系杂乱度而提出的处理方案。架构要害思想即为判别与取舍 

正如,在一个有束缚的盒子里去求解或接近最适宜的解。这个束缚的盒子或许会包含团队经历、成本、资源、时刻、事务阶段等要素掺杂在一同的综合体,针对这个综合体,分析出体系架构的杂乱度,进行适宜的判别与取舍 ,然后规划出恰当的架构用在适宜的软件体系中。