Keep It Simple Stupid (保持简单和直接)!
架构设计应该足够简单直接,做到恰如其分,不多也不少!
简单设计也是极限编程实践中的一个重要实践。
恰如其分在设计思想上就是要要确立“小即是美”的思想,整体架构设计需要遵循“完整、灵活和轻盈”。灵活体现在能快速地响应变化;轻盈体现在一切都刚刚好,没有任何臃肿多余的设计,完整体现在简单而不简陋,该有的设计和产物没有残缺,符合“麻雀虽小,五脏俱全”的标准。
良好的软件架构的可以帮助我们:
- 让整个团队跟随一个清晰的技术愿景和技术路线图。
- 对不同层次的干系人提供关于系统的完整、清晰、一致的视图。
- 技术领导力和更好的协调
- 统一的技术术语和模型,更方便团队的交流,减少彼此的误解。
- 识别和控制风险
- 结构良好的代码,为应对变化建立坚实的基础。
1、如何做到“恰如其分”?
关于架构设计,一个最主要的争论是要做到什么地步的预先设计才是刚刚好?传统的瀑布模式强调事无巨细的架构设计与详细设计,甚至写出所有的伪代码。而敏捷方法推崇“浮现式设计”。
其实,敏捷方法从未说过不做架构设计,也没有宣布过 不写文档 。
对于开发之前的预先架构设计,我们认为需要根据项目的实际情况进行取舍,做好能够很好的支持开发工作,控制风险就是刚刚好,具体的一些经验如下:
多少预先设计是太少了?
如果有以下的任何情况,说明预先的架构设计做的不够,如果贸然启动开发会带来巨大风险:
- 不了解系统的边界是什么,在哪里?
- 团队成员对系统的"Big Picture"没有形成共识
- 无法交流整体愿景
- 团队成员对需要做的事情不清楚或感到茫然,不知道该如何开始编码
- 没有考虑非功能需求或质量属性
- 没有考虑环境约束如何影响软件(部署环境等)
- 没有考虑过技术风险
- 尚未确认重大问题的对策
- 没有考虑关注点分离,适当的分层、可修改性,可测试性等
- 团队成员使用的技术选型不一致
- 团队成员对于解决方案是否管用没信心
多少预先设计太多了?
- 很多信息,太多太细的文档
- 在文档中编写太多的伪代码
- 太多图表
- 过于死板,开发人员感觉缺少灵活性,编码变成翻译工作
- 序列图,非常多的乏味的序列图
- 太长的设计时间,还没开发项目截止时间已经快到了
2、架构设计原则
软件产品的技术架构应参考以下原则进行设计,对于无法满足的情况需要在架构评审时进行明确说明。
原则 |
说明 |
|
1 |
结构清晰 |
系统纵向的分层和横向的分模块结构清晰合理,层次分明,概念清晰一致 |
2 |
SOLID |
通过有效运用以下六个原则实现逻辑结构和程序结构的清晰灵活,能够应对变化:
|
3 |
N+1设计 |
关键组件永远不少于两个冗余,通常三个。不引入任何单点故障风险 |
4 |
无状态设计 |
只有当业务确实需要的、没有任何其他方案替代时才使用状态 |
5 |
配置外置 |
发布包中不能包含任何环境相关的配置信息,应通过环境变量等方式注入 |
6 |
功能开关 |
能够不停机打开或关闭任何发布的功能 |
7 |
故障隔离 |
实现故障隔离设计,通过断路保护避免故障传播和交叉影响 |
8 |
异步 |
只有在绝对必要的时候才进行同步调用 |
9 |
监控设计 |
在设计阶段就必须要充分考虑如何监控,无监控不上线; |
10 |
日志流 |
仔细设计日志的输出,把日志当作事件流输出和使用 |
11 |
弹性伸缩 |
支持弹性伸缩,启动迅速、优雅终止、面对突然伸缩时保持健壮。 |
12 |
水平可扩展 |
扩展方法要选择水平扩展非垂直升级:永远不要依赖更大,更快的基础设施 |
13 |
自动化 |
对开发、测试和生产环境都进行了完整的规划设计,尽一切可能实现各个环境实现发布和变更自动化。 |
14 |
不锁定 |
使用商品化的通用标准硬件,尽量不绑定到特殊的硬件厂商或硬件产品 |
15 |
慢半拍 |
只用已经证明确实好用的,成熟的技术 |
16 |
成本最优 |
如果是不擅长的、非核心的、不会带来竞争优势的组件的则考虑直接购买选用成熟产品 |
3、设计方法
整体架构设计方法遵循C4架构设计方法。
C4指的是:
系统的架构 = 上下文 (Context) + 类 (Class) + 组件 (Component) + 容器 (Container)
- Context
- 总体蓝图设计、系统的职责、环境上下文,外部关系
- Class
- 领域模型设计:说明系统的核心务逻辑、核心概念类、模块划分设计
- Component
- 系统的逻辑实现设计,包括重要组件、数据结构、程序结构
- Container
- 系统物理实现设计,部署结构以及技术选型
基本的架构设计流程可分为如下六个步骤:
1)、 深入理解需求,即需要设计一个什么样的系统,该系统在生产环境与其他系统和外部实体是如何交互的?功能需求和非功能需求到底是什么?架构师应主动参与到需求分析和需求评审的过程。
2)、 概念设计(Context,Class),对业务进行分析,梳理出系统的业务领域(模块、子系统)、重要的概念(对象、数据实体)、以及概念之间的关系。并形成领域模型,具体可参考《领域驱动设计》;
3)、 逻辑设计(Class,Component),根据概念设计的领域模型,设计出系统的逻辑模型(组件或服务、以及组件内部的程序包、对象、数据库结构等逻辑对象),并按照组件概要说明基本结构。包括
- 类设计
- 如涉及数据库,要进行物理数据模型设计,推荐使用PowerDesigner进行设计。
- 接口设计
- 技术分层设计:进行分层次的技术架构设计,例如展示层、业务逻辑层、DAO层等。
4)、 部署设计(Component,Container),包括
- 部署设计,设计组件如何部署到运行环境。将运行环境抽象为一个个容器(节点),说明逻辑组件或服务如何部署到容器中,以及容器之间的通讯关系。
- 环境设计,详细设计系统所使用的sit,uat,prod等环境,以及对应的自动化部署方案;
- 安全架构设计,详细设计系统的信息安全架构;
- 非功能需求的方案设计:针对可靠性、安全性、高可用性、以及运维监控需求等进行方案论证与设计。
5)、技术选型
- 技术选型,根据系统的逻辑设计和部署设计选择合适的操作系统、数据库、第三方软件、SDK,开源程序包等;
6)、架构评审
- 进行技术架构评审,基本过程参见本文第5章节。
4、设计流程
在一个敏捷的团队里,人人都是架构师,软件架构设计应该由研发团队整体负责,同时为了协调架构设计相关的事情,会由SDM或一名资深的SDE主导架构设计,主导者需要承担如下职责:
- 深入理解需求和业务目标,架构师应该在深入理解业务需求和目标,并且能够更抽象一个层次,把握会导致需求变动的各种因素。
- 设计软件
- 控制技术风险
- 管理架构演化,软件的架构是动态的,会不断演化。
- 与其他成员一起编写代码(注意软件研发团队中没有不写代码的架构师)
- 保证质量
在一个研发项目过程中,基本的架构设计流程如下:
阶段 |
设计工作 |
说明 |
立项 |
技术可行性研究 |
协作产品经理完成产品的技术可行性研究 |
启动 |
初步设计 |
完成初步的架构技术选型以及关键技术的研究,控制技术风险 主要交付物为 2.2-模板-初步设计方案.pptx |
定义 |
架构设计 |
完成系统的整体性架构设计,并完成架构评审 主要交付物为 2.3-模板-系统架构设计说明书模板.docx |
实施 |
详细设计以及架构设计的变更 |
根据架构设计完成详细设计,并在迭代过程中对架构设计进行补充和优化 必要时可以修改架构设计 主要交付物为 2.4-模板-系统部署方案模板.docx 2.4-模板-系统接口规格说明书模板.docx |
验收 |
设计交付文档的归档 |
完成架构设计相关文档的验收归档 |