架构,名词,汉语词典中的解释是框架、支架。我认为更贴切的应该是汉典的解释:人们对一个结构内的元素及元素间关系的一种主观映射的产物。就好比Framework(框架)和Architecture(体系结构)的区别。在计算机术语中,特指软件架构(Software Architecture),是有关软件整体结构与组件的抽象描述,用于指导大型软件系统各个方面的设计。
正如Architecture源于建筑学术语,软件开发人员也被称作软件工程师。现在的软件系统越来越复杂,架构的作用也越来越明显。2004年,原计算机软件专业技术资格和水平考试将“高级程序员”等级名称改为“软件设计师”。其实,一名优秀的程序员未必可以成为一个合格的软件设计师。从编程到设计,软件工程师的成长之路上,一道技术门槛正是对“架构”的理解和把握。
架构的本质
要理解架构,可以通过热力学第二定律寻找答案。这条定律就是著名的“熵增定律”:一个封闭的孤立系统,它的混乱程度(也就是“熵”)一定会随着时间变化而变大,从而让系统从有序走向无序。
这个理论对于软件系统也非常适用。一个软件系统可以拆分为具体的业务和所依赖的技术。一方面,随着业务的发展和业务需求的增加,我们会往系统里不停地添加业务功能,融入更多技术;另一方面,技术的发展拓宽了业务边界,随着访问量使用量的不断增加,我们会不断通过技术手段来加强系统的非业务性功能和性能。如果事先不做良好的设计,随着时间的推进,整个系统野蛮生长,就会越来越无序,最终不得不推倒重来。软件系统架构的优化,其实就是对抗熵增的过程。
为什么建筑业会需要架构?我们看李子柒搭房子其实很简单,直接就可以上手;在农村盖一个两楼一底的砖房,稍微复杂一些,但对一个经验丰富的师傅来说不是什么难题,也不会提什么架构;而盖一座高楼,复杂程度就不是多几个泥水匠能解决的,需要专业人员事先做好整体的架构设计,并严格按照设计来施工。
软件系统也是如此。个人写个小程序,做个小网站,不会提什么架构。但从简单的桌面应用发展到现在的大型互联网平台,这个过程中,系统规模越来越大,业务和技术越来越复杂,就不是作坊式的软件开发能够驾驭的。我们同样需要通过架构设计,消化复杂性带来的混乱,使系统始终处于一个有序状态,能够应对现有和将来的需求变化。
所以,一个好的软件架构,就是可以通过调整系统各个组成部分的关系,不断扩展,满足业务和技术的发展变化,同时保证系统高度有序。用专业话来说,既要满足业务的可扩展、可复用,也要满足系统的高可用、高性能和可伸缩,落地成本还要尽可能低。
架构的方法
调整系统各个组成部分的关系,需要对系统内部进行合理编排,把系统打散,然后重新组合,形成更合理的关系。
具体方法就是“分”与“合”。“分”就是把系统拆分为各个子系统、模块、组件,明确功能定位,划分边界,实现合理拆分。“合”就是基于业务流程和技术手段,建立联系,解决依赖关系,把各个组成部分整合在一起,形成有机整体。
这样一来,通过合理的“分”与“合”,把原先铁板一块的系统变成一个富有弹性的结构化系统,就是我们常说的“高内聚、低耦合”,系统的复杂性有效分解,系统的有序度大幅提升。
架构师的自我修养
从编程到设计,需要把具体的问题抽象、拆解,再进行归类、整合。对一名架构师来说,在“分”与“合”的过程中,需要处理好3个关系。
一是技术和业务的关系。技术和业务双向驱动,两手都要抓,两手都要硬。
二是理论和实践的关系。读万卷书,行万里路,学习各种架构需要的知识技能,通过大量的实践把架构知识变成架构能力。
三是应然和实然的关系。再好的架构也需要最终落地。“应该是”的视角帮我们把握长远基准,“实际是”的视角帮我们解决当下问题。永远以资源有限、条件不足为前提,去实现合理的架构,让理想最终照进现实。
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