要想准确地理解架构的定义,关键就在于把三组容易混淆的概念梳理清楚:
1.系统与子系统
2.模块与组件
3.框架与架构
系统与子系统
我们先来看维基百科定义的“系统”:系统泛指由一群有关联的个体组成,根据某种规则运作,能完成个别元件不能单独完成的工作的群体。它的意思是“总体”“整体”或“联盟”。我来提炼一下里面的关键内容。
1.关联:系统是由一群有关联的个体组成的,没有关联的个体堆在一起不能成为一个系统。例如,把一个发动机和一台 PC 放在一起不能称之为一个系统,把发动机、底盘、轮胎、车架组合起来才能成为一台汽车。
2.规则:系统内的个体需要按照指定的规则运作,而不是单个个体各自为政。规则规定了系统内个体分工和协作的方式。例如,汽车发动机负责产生动力,然后通过变速器和传动轴,将动力输出到车轮上,从而驱动汽车前进。
3.能力:系统能力与个体能力有本质的差别,系统能力不是个体能力之和,而是产生了新的能力。例如,汽车能够载重前进,而发动机、变速器、传动轴、车轮本身都不具备这样的能力。
我们再来看子系统的定义:
子系统也是由一群有关联的个体所组成的系统,多半会是更大系统中的一部分。其实,子系统的定义和系统定义是一样的,只是观察的角度有差异,一个系统可能是另外一个更大系统的子系统。
模块与组件
模块与组件的定义并不好理解,也不能很好地进行区分。我们来看看这两者在维基百科上的定义:软件模块(Module)是一套一致而互相有紧密关连的软件组织。它分别包含了程序和数据结构两部分。现代软件开发往往利用模块作为合成的单位。模块的接口表达了由该模块提供的功能和调用它时所需的元素。模块是可能分开被编写的单位。这使它们可再用和允许人员同时协作、编写及研究不同的模块。软件组件定义为自包含的、可编程的、可重用的、与语言无关的软件单元,软件组件可以很容易被用于组装应用程序中。
模块和组件都是系统的组成部分,只是从不同的角度拆分系统而已。
从业务逻辑的角度来拆分系统后,得到的单元就是“模块”;从物理部署的角度来拆分系统后,得到的单元就是“组件”。划分模块的主要目的是职责分离;划分组件的主要目的是单元复用。
其实,“组件”的英文 Component 也可翻译成中文的“零件”一词。“零件”更容易理解一些,它是一个物理的概念,并且具备“独立且可替换”的特点。
如果你是业务系统的架构师,首先需要思考怎么从业务逻辑的角度把系统拆分成一个个模块角色,其次需要思考怎么从物理部署的角度把系统拆分成组件角色,例如选择 MySQL 作为存储系统。但是对于 MySQL 内部的体系架构(Parser、Optimizer、Caches&Buffers 和 Storage Engines 等),你其实是可以不用关注的,也不需要在你的业务系统架构中展现这些内容。
框架与架构
框架是和架构比较相似的概念,且两者有较强的关联关系,所以在实际工作中,这两个概念有时我们容易分不清楚。参考维基百科上框架与架构的定义,我来解释两者的区别。
软件框架(Software framework)通常指的是为了实现某个业界标准或完成特定基本任务的软件组件规范,也指为了实现某个软件组件规范时,提供规范所要求之基础功能的软件产品。
1.框架是组件规范:例如,MVC 就是一种最常见的开发规范,类似的还有 MVP、MVVM、J2EE 等框架。
2.框架提供基础功能的产品:例如,Spring MVC 是 MVC 的开发框架,除了满足 MVC 的规范,Spring 提供了很多基础功能来帮助我们实现功能,包括注解(@Controller 等)、Spring Security、Spring JPA 等很多基础功能。软件架构指软件系统的“基础结构”,创造这些基础结构的准则,以及对这些结构的描述。
框架关注的是“规范”,架构关注的是“结构”。
重新定义架构:4R 架构
参考维基百科的定义,再结合我自己的一些理解和思考,我将软件架构重新定义为:软件架构指软件系统的顶层(Rank)结构,它定义了系统由哪些角色(Role)组成,角色之间的关系(Relation)和运作规则(Rule)。
因为这个定义中的 4 个关键词,都可以用 R 开头的英文单词来表示,分别是 Rank、Role、Relation 和 Rule,所以我把定义简称为“4R 架构定义”,每个 R 的详细解释如下。第一个 R,Rank。它是指软件架构是分层的,对应“系统”和“子系统”的分层关系。通常情况下,我们只需要关注某一层的架构,最多展示相邻两层的架构,而不需要把每一层的架构全部糅杂在一起。无论是架构设计还是画架构图,都应该采取“自顶向下,逐步细化”的方式。以微信为例,Rank 的含义如下所示:
第二个 R,Role。它是指软件系统包含哪些角色,每个角色都会负责系统的一部分功能。架构设计最重要的工作之一就是将系统拆分为多个角色。最常见的微服务拆分其实就是将整体复杂的业务系统按照业务领域的方式,拆分为多个微服务,每个微服务就是系统的一个角色。
第三个 R,Relation。它是指软件系统的角色之间的关系,对应到架构图中其实就是连接线,角色之间的关系不能乱连,任何关系最后都需要代码来实现,包括连接方式(HTTP、TCP、UDP 和串口等)、数据协议(JSON、XML 和二进制等)以及具体的接口等。
第四个 R,Rule。它是指软件系统角色之间如何协作来完成系统功能。我们在前面解读什么是“系统”的时候提到过:系统能力不是个体能力之和,而是产生了新的能力。那么这个新能力具体如何完成的呢?具体哪些角色参与了这个新能力呢?这就是 Rule 所要表达的内容。在架构设计的时候,核心的业务场景都需要设计 Rule。