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原文作者：Vijini Mallawaarachchi
原文地址：10 Common Software Architectural Patterns in a nutshell

有沒有想過要設計多大的企業規模系統？在主要的軟體開發開始之前，我們必須選擇一個合適的體系結構，它將為我們提供所需的功能和質量屬性。因此，在將它們應用到我們的設計之前，我們應該瞭解不同的體系結構。

什麼是架構模式？

根據維基百科中的定義：

架構模式是一個通用的、可重用的解決方案，用於在給定上下文中的軟體體系結構中經常出現的問題。架構模式與軟體設計模式類似，但具有更廣泛的範圍。

在本文中，將簡要地解釋以下10種常見的體系架構模式，以及它們的用法、優缺點。

1. 分層模式
2. 客戶端-伺服器模式
3. 主從裝置模式
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
9. 黑板模式
10. 直譯器模式

一. 分層模式

這種模式也稱為多層體系架構模式。它可以用來構造可以分解為子任務組的程式，每個子任務都處於一個特定的抽象級別。每個層都為下一個提供更高層次服務。

一般資訊系統中最常見的是如下所列的4層。

• 表示層(也稱為UI層)
• 應用層(也稱為服務層)
• 業務邏輯層(也稱為領域層)
• 資料訪問層(也稱為持久化層)

使用場景：

• 一般的桌面應用程式
• 電子商務Web應用程式

二. 客戶端-伺服器模式

這種模式由兩部分組成：一個伺服器和多個客戶端。伺服器元件將為多個客戶端元件提供服務。客戶端從伺服器請求服務，伺服器為這些客戶端提供相關服務。此外，伺服器持續偵聽客戶機請求。

使用場景：

• 電子郵件，檔案共享和銀行等線上應用程式

三. 主從裝置模式

這種模式由兩方組成;主裝置和從裝置。主裝置元件在相同的從裝置元件中分配工作，並計算最終結果，這些結果是由從裝置返回的結果。

使用場景：

• 在資料庫複製中，主資料庫被認為是權威的來源，並且要與之同步
• 在計算機系統中與匯流排連線的外圍裝置(主和從驅動器)

四. 管道-過濾器模式

此模式可用於構造生成和處理資料流的系統。每個處理步驟都封裝在一個過濾器元件內。要處理的資料是通過管道傳遞的。這些管道可以用於緩衝或用於同步。

使用場景：

• 編譯器。連續的過濾器執行詞法分析、解析、語義分析和程式碼生成
• 生物資訊學的工作流

五. 代理模式

此模式用於構造具有解耦元件的分散式系統。這些元件可以通過遠端服務呼叫彼此互動。代理元件負責元件之間的通訊協調。

伺服器將其功能(服務和特徵)釋出給代理。客戶端從代理請求服務，然後代理將客戶端重定向到其註冊中心的適當服務。

使用場景：

• 訊息代理軟體，如Apache ActiveMQ，Apache Kafka，RabbitMQ和JBoss Messaging

六. 點對點模式

在這種模式中，單個元件被稱為對等點。對等點可以作為客戶端，從其他對等點請求服務，作為伺服器，為其他對等點提供服務。對等點可以充當客戶端或伺服器或兩者的角色，並且可以隨時間動態地更改其角色。

使用場景：

• 像Gnutella和G2這樣的檔案共享網路
• 多媒體協議，如P2PTV和PDTP
• 像Spotify這樣的專有多媒體應用程式

七. 事件匯流排模式

這種模式主要是處理事件，包括4個主要元件：事件源、事件監聽器、通道和事件匯流排。訊息源將訊息釋出到事件匯流排上的特定通道上。偵聽器訂閱特定的通道。偵聽器會被通知訊息，這些訊息被髮布到它們之前訂閱的一個通道上。

使用場景：

• 安卓開發
• 通知服務

八. 模型-檢視-控制器模式

這種模式，也稱為MVC模式，把一個互動式應用程式劃分為3個部分，

• 模型：包含核心功能和資料
• 檢視：將資訊顯示給使用者(可以定義多個檢視)
• 控制器：處理使用者輸入的資訊

這樣做是為了將資訊的內部表示與資訊的呈現方式分離開來，並接受使用者的請求。它分離了元件，並允許有效的程式碼重用。

使用場景：

• 在主要程式語言中網際網路應用程式的體系架構
• 像Django和Rails這樣的Web框架

九. 黑板模式

這種模式對於沒有確定解決方案策略的問題是有用的。黑板模式由3個主要組成部分組成。

• 黑板——包含來自解決方案空間的物件的結構化全域性記憶體
• 知識源——專門的模組和它們自己的表示
• 控制元件——選擇、配置和執行模組

所有的元件都可以訪問黑板。元件可以生成新增到黑板上的新資料物件。元件在黑板上查詢特定型別的資料，並通過與現有知識源的模式匹配來查詢這些資料。

使用場景：

• 語音識別
• 車輛識別和跟蹤
• 蛋白質結構識別
• 聲納訊號的解釋

十. 直譯器模式

這個模式用於設計一個解釋用專用語言編寫的程式的元件。它主要指定如何評估程式的行數，即以特定的語言編寫的句子或表示式。其基本思想是為每種語言的符號都有一個分類。

使用場景：

• 資料庫查詢語言，比如SQL
• 用於描述通訊協議的語言

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體系架構模式的比較

下面給出的表格總結了每種體系架構模式的優缺點。

名稱	優點	缺點
分層模式	一個較低的層可以被不同的層所使用。層使標準化更容易，因為我們可以清楚地定義級別。可以在層內進行更改，而不會影響其他層。	不是普遍適用的。在某些情況下，某些層可能會被跳過。
客戶端-伺服器模式	很好地建立一組服務，使用者可以請求他們的服務。	請求通常在伺服器上的單獨執行緒中處理。由於不同的客戶端具有不同的表示，程式間通訊會導致額外開銷。
主從裝置模式	準確性——將服務的執行委託給不同的從裝置，具有不同的實現。	從裝置是孤立的：沒有共享的狀態。主-從通訊中的延遲可能是一個問題，例如在實時系統中。這種模式只能應用於可以分解的問題。
管道-過濾器模式	展示併發處理。當輸入和輸出由流組成時，過濾器在接收資料時開始計算。輕鬆新增過濾器，系統可以輕鬆擴充套件。過濾器可重複使用。 可以通過重新組合一組給定的過濾器來構建不同的管道。	效率受到最慢的過濾過程的限制。從一個過濾器移動到另一個過濾器時的資料轉換開銷。
代理模式	允許動態更改、新增、刪除和重新定位物件，這使開發人員的釋出變得透明。	要求對服務描述進行標準化。
點對點模式	支援分散式計算。對任何給定節點的故障處理具有強大的健壯性。在資源和計算能力方面具有很高的可擴充套件性。	服務質量沒有保證，因為節點是自願合作的。安全是很難得到保證的。效能取決於節點的數量。
事件匯流排模式	新的釋出者、訂閱者和連線可以很容易地新增。對高度分散式的應用程式有效。	可伸縮性可能是一個問題，因為所有訊息都是通過同一事件匯流排進行的。
模型-檢視-控制器模式	可以輕鬆地擁有同一個模型的多個檢視，這些檢視可以在執行時連線和斷開。	增加複雜性。可能導致許多不必要的使用者操作更新。
黑板模式	很容易新增新的應用程式。擴充套件資料空間的結構很簡單。	修改資料空間的結構非常困難，因為所有應用程式都受到了影響。可能需要同步和訪問控制。
直譯器模式	高度動態的行為是可行的。對終端使用者程式設計性提供好處。提高靈活性，因為替換一個解釋程式很容易。	由於解釋語言通常比編譯後的語言慢，因此效能可能是一個問題。