十大常用軟體架構模式簡介

大型的企業級系統是如何設計的呢？想必大家都曾經有過這樣的疑惑。大型軟體開發前，我們必須選擇一種合適的架構，它既要提供我們想要的功能，質量也要過關。因此，在應用不同的架構之前，我們有必要熟悉一下這些架構。

什麼是架構模式？

根據維基百科，

針對軟體架構中給定上下文的常見問題，架構模式是一種通用的、可複用的解決方案。它與軟體設計模式相似，但範圍更廣。

在這篇文章中，我將簡要地說明一下10種常用的架構模式，以及它們的用法和利弊。

1. 分層模式
2. 客戶端 – 服務端模式(cs模式)
3. 主從模式
4. 管道過濾器模式
5. 代理模式
6. 點對點模式
7. 事件匯流排模式
8. 模型-檢視-控制器模式(MVC模式)
9. 黑板模式
10. 直譯器模式

1. 分層模式

這種模式可用於構建能分解成多組子任務的程式，每個子任務處在特定的抽象級別中。每一層為更高一層提供服務。

以下是最常見的通用資訊系統中的4個層次。

• 表示層（亦稱為 UI層）
• 應用層（亦稱為 服務層）
• 業務邏輯層（亦稱為 領域層）
• 資料訪問層（亦稱為 持久層）

用法

• 通用桌面應用
• 電子商務web應用

2. 客戶端-服務端模式

該模式包含一個服務端和多個客戶端。服務端元件給多個客戶端元件提供服務。客戶端向服務端請求服務，服務端提供相關的服務。此外，服務端會持續監聽客戶端的請求。

用法

• 線上應用，例如電子郵件、檔案共享和儲存。

3. 主從模式

該模式包含兩部分；主和從。主元件給相同的從屬元件分配工作，並根據從 從屬元件 中返回的結果計算最終結果.

用法

• 主伺服器是權威來源，從屬資料庫與其進行同步。
• 在計算機系統中，外圍裝置連線到匯流排中（主驅動和從屬驅動）。

4. 管道過濾模式

該模式可用於構建生成和處理資料流的系統。每個處理步驟包含在一個過濾元件中。待處理的資料通過管道傳遞。這些管道可用於資料快取或同步。

用法

• 編譯器。連續的過濾器執行詞法分析，解析，語意分析，和程式碼生成。
• 生物資訊學中的工作流。

5. 代理模式

該模式用於構建伴有解耦元件的分散式系統。這些元件通過遠端服務呼叫來和彼此互動。代理元件負責協調元件之間的通訊。

伺服器將其功能（服務和特性）釋出到代理。客戶端從代理請求服務，代理根據登錄檔把客戶端重定向到合適的服務。

用法

• 訊息代理服務，例如Apache ActiveMQ, Apache Kafka，RabbitMQ和JBoss Messaging。

6. 點對點模式

在該模式中，相同的元件被稱為對等元件。對等體既可以作為客戶端，請求其他對等體的服務，也可以作為服務端，為其他對等體提供服務。一個對等體可以作為客戶端、或者服務端、或者兼任兩者，它能隨著時間動態變更自己的角色。

用法

• 檔案共享網路，例如Gnutella 和 G2)
• 多媒體協議，例如P2PTV 和 PDTP。

7. 事件匯流排模式

該模式主要處理事件，並且有4個主要元件：事件源，事件監聽者，事件通道和事件匯流排。事件源釋出訊息到事件匯流排上的特定通道。監聽者訂閱特定通道。如果監聽者訂閱的通道有訊息釋出，那麼監聽者就會得到通知。

用法

• 安卓開發
• 通知服務

8. 模型-檢視-控制器模式(MVC模式)

該模式亦被稱為MVC模式，它將互動式應用分成3個部分，

1. 模型 – 包含核心功能和資料
2. 檢視 – 給使用者展示資訊（可能不止一個檢視）
3. 控制器 – 處理使用者的輸入 這樣做的目的是將 資訊的內部表示 和 資訊呈現給使用者並且從使用者獲取的方式 分離開。這樣能解耦元件並且有效重用程式碼。

用法

• 主要程式語言的全球資訊網應用的體系結構。
• web框架，例如Django和Rails。

9. 黑板模式

該模式可用於沒有已知確定性解決方案策略的問題。黑板模式由3個主要元件組成。

• 黑板 – 一塊結構化的全域性記憶體，包含解決方案空間的物件。
• 知識源 – 具有各自代表性的專業模組。
• 控制元件 – 選擇，配置和執行模組。 所有元件都可以訪問黑板。元件可能會生產新增進黑板的新資料物件。元件在黑板上尋找特定型別的資料，並且可能利用已有的知識源，通過模式匹配的方式來尋找資料。

用法

• 語音識別
• 車輛識別和追蹤
• 蛋白質結構識別
• 海納訊號解析

10. 直譯器模式

該模式用於設計 用來解釋專用語言寫成的程式 的元件。它主要指明如何評估程式的行，即用特定語言編寫的語句或表示式。基本想法是為語言的每個符號設定一個類。

用法

• 資料庫查詢語言，例如SQL。
• 計算機語言用來描述通訊協議。

架構模式的優劣比較

下面的圖表總結了各種架構模式的優劣。

名字	優勢	劣勢
分層模式	低層級的元件能被不同的高層級元件呼叫。可以清晰地定義層級，所以層級化更容易標準化。當在層級內改動時不會影響到其他層級	不是普遍適用的。在某種情況下，某些層級可能會被跳過
客戶端-服務端模式	能很好地對客戶端請求的服務進行建模	請求被分到服務端的不同的執行緒中處理。因為不同的客戶端有不同的展示形式，程式間通訊會導致額外開銷。
主從模式	準確性 – 服務被代理到具有不同實現的從屬元件中執行	從屬元件彼此隔離：之間沒有共享狀態。主從通訊的延遲在某些場景下是個問題，例如實時系統。這種模式只可以被用來解決能被分解的問題。
管道過濾模式	並行處理。當輸出和輸出都是流資料，過濾器一旦收到資料便開始計算。易於增加過濾器，系統擴充套件性好。過濾器可以複用。可以通過已有過濾器的重新組合來構建不同的管道	效率會受限於最慢的過濾處理器。把資料從一個過濾器轉移到另一箇中時，存在資料轉換的開銷。
代理模式	允許物件動態變化，增加、減少和遷移，並且物件分佈對開發者是透明的。	需要服務描述標準化。
點對點模式	支援分散式計算。對於任意失敗節點的高健壯性。取決於資源和計算效率的高擴充性。	由於各個節點是自願合作的，服務質量無法保證。安全性很難保證。效能取決於節點數量。
事件匯流排模式	易於新增釋出者、訂閱者和連線。該模式對於高分散式應用很奏效。	該模式的可擴充性可能是個問題，因為所有訊息都通過同一個事件匯流排傳輸。
模型-檢視-控制器模式	相同的模型可以輕鬆擁有多個檢視，可以在執行時建立連線和斷開連線。	複雜度增加。可能導致使用者操作的許多不必要的更新。
黑板模式	易於新增應用。易於擴充套件資料空間的結構。	很難修改資料空間的結構，因為會影響所有應用。可能需要同步和訪問控制。
直譯器模式	有可能實現高度動態行為。有利於終端使用者的可程式設計性。提高靈活性，因為易於替換解釋程式碼。	因為解釋語言的執行速度一般比編譯語言慢，所以效能可能是個問題。