从IT 编辑的角度看软件架构变迁

孙学瑛

（电子工业出版社有限公司，北京 100036）

1 软件架构的定义

软件架构在IT 界历来没有一个统一的定义，众说纷纭，国际著名的面向对象分析设计、UML、模式等方面的专家，敏捷开发方法的创始人之一马丁·福勒（Martin Fowler）就曾说过：“很多人都试图给‘架构’下定义，而这些定义本身却很难统一。”因为软件架构有组成派和决策派之分，每个流派对架构均有不同的看法和定义，如：

而本文又需要去探索软件架构变迁，因此从纯技术的角度出发，采用的是IEEE 610.12-1990 软件工程标准词汇中的定义：

架构是以组件、组件之间的关系、组件与环境之间的关系为内容的某一系统的基本组织结构，以及指导上述内容设计与演化的原理（Principle）。

由此可见，软件架构中“架构”的是一种生态，最终目的是让软件好用，从而让软件更好地为业务服务，因此，本文主要分析的是软件架构在整个业务生态的作用，这里以电子商务为例，这一业务的核心利益点在于成交。而成交这一过程又包括：平台、消费者、产品、物流这4 个要素。在这4 个要素当中又会发生：

买卖，即平台吸引买家购买、卖家入驻。

合作，即平台与买家、商家、物流等外在合作者的合作关系。

服务，即平台要为相关人员提供良好的服务，促成成交。

因此，要实现电子商务，软件架构设计必须考虑如何更有利于让信息流、资金流、物流等得以顺畅。而软件架构又以访问量的逐渐增大或者突然激增而不断演变，接下来就会详细阐述这一演变过程。

2 单体软件架构

21 世纪初期，中国的电子商务刚刚萌芽，此时网站只是简单的ASP“个人网站系统”，四五位技术人员即可实现线上下单，只需要初步实现MVC 架构即可，如图1所示。

普通用户接触的是展现层，即界面。当普通用户在界面上执行一个操作时，业务层在背后就会读取数据，MVC（Model、View、Controller）软件架构就会处理用户操作请求，反馈操作结果到展现层。其中，Model 是核心程序，View 用于展现Model 数据，Controller 则控制着整个操作完成过程的交互。这种将核心程序、展现与控制分离的模式因其易维护、易重用、易管理，再加上有应用非常广泛的MVC 框架（Spring 等）而流行至今。

图1 基本的MVC 架构

随着电子商务日益普及，流量猛增，每日从几单到上千单，再到数万单，平台系统变得越来越复杂，平台架构也会不断演化，从ASP 架构到.NET 架构，.NET 和Java系统并行之后，再到基础Java 的整体系统架构，如图2所示。这种架构更为稳固。

图2 京东首页架构（引自《决战618》）

3 分布式软件架构

随着用户量和订单量的激增，原有架构已无法适应发展需求，因此在整个产业的发展期，软件架构发生了如图3 所示的变化。

由图3 可见，分布式应用架构是将系统“分而治之”以应对亿级乃至更多的流量和请求。分而治之所带来的问题：

如何将原有系统“分”成各个小系统（即微服务）？

如何管理各个小系统？

如何管理各个小系统的交互？

如何拓展系统？

如何保证各个小系统交互的安全性和可靠性？

……

这也是这个阶段架构师所必须面临的问题。

合久必分，分久必合，这一经典名言放在软件架构当中也是适用的。在软件系统发展到要承担海量的用户访问时，拆分是必然的，然后如何拆分能保证系统的可靠性又是一种艺术。微服务是其中一种拆分方法，即面向服务拆分，这是一种对用户极为友好且易理解的方案，每个微服务仅关注于如何很好地完成一个任务，每个任务代表着一个小的业务能力。以电子商务系统为例，我们要增加一种结账支付方式，则只需要修改“结账服务”即可，无须修改其他子系统，因为整体系统采用“微服务”架构，拆分为各个独立运行的子系统。

微服务中的“微”有好有坏，好处在于能快速交付软件，很多子系统可重用，非常适合电子商务这种互联网项目，但是坏处在于维护成本和难度均高，“微”意味着背后需要基础设施的巨量维护支撑。

4 云原生

当云于2006 年出现在国人视野之中发展至今时，软件于大众也如同水电一样使用了，云为软件架构带来的转变，当然就是翻天覆地的。软件架构在云上，享受云厂商提供的各种资源和服务，不再是从零开始开发软件系统，而是基于云厂商的基础设施与软件产品，改造和定制现有软件系统，让开发者更专注于业务本身，带来更多便利。比如，2019 年阿里巴巴双十一的2684 亿元交易全部发生在云上，可见云所能承载的算力可以是海量的；2020年新冠疫情之后，健康宝让大家能顺畅地行走于各地，大数据精准地防疫抗疫，这都得益于云的力量。

目前大多企业的核心应用都在慢慢云化，处于云下和云上的过渡阶段，但是很多新应用运用更适合云上环境的方法来构建和运行，如容器服务和函数计算，如特斯拉公司的Model 系列电动轿车上市后，车辆购买者会发现汽车的功能可以随着时间推移而不断更新升级。这就是云原生的魅力所在，云的趋势势不可挡。

目前云计算有三种分类，分别是：

（1）软件即服务（Software as a Service，SaaS）

SaaS 是一种用户可按需取用软件的模式。用户不必再像以前那样花费大量投资用于硬件、软件、人员，而只需要按最终用户数、使用时间的长短、消耗的网络带宽、存储的数据规模或者数据保存期限等因素支出一定的服务租赁费用，即可享用相应的服务。

（2）平台即服务（Platform as a Service，PaaS）

图3 软件架构的演进

相对SaaS，PaaS 为用户提供的是一个集成平台，而不是某一应用软件，平台可包括数据库、集成开发环境等全部的软件运行环境，用户可以对他们开发出来的应用软件进行部署测试。因为需要具备一定开发能力，所以这些用户需要是程序开发员、软件测试工程师、应用程序部署人员或者应用程序管理员等。用户需要根据处理器消耗、网络带宽消耗、数据库存储规模及使用时间的长短等因素给云服务提供商付费。

（3）基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）

相对前两种，IaaS 为用户提供的是一种基础设施，这主要包括云端的虚拟机、NAS 存储、网络设施及其他能部署和运行任何软件的基础计算资源等所有设施，因此用户可以在上面能够部署和运行任意软件，甚至包括操作系统，也有可能获得对网络组件（例如，防火墙、负载均衡器等）的控制。因此，这些用户一般为系统开发人员、系统管理员或者热衷于掌控基础设施的IT 部经理，他们需要根据虚拟机使用CPU 的小时数、存储的数据规模和时间、消耗的网络带宽，以及申请的公网IP 地址的数量等因素向云服务提供商付费。

从这三种分类，软件即服务（Software as a Service，SaaS）、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）、基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）可以得知，云这台超级计算机将自身所有资源归结于服务，将服务的所有权和使用权分离，并将使用权分时分地地出租给用户。

云其实就是一台超级计算机，现在及未来IT 中所有的I（Information）和T（Technology）将全部挪到这台超级计算机中。我们普通用户只需随时随地取用、运营及扩充，IT 技术对普通用户而言将越来越黑盒化、简易化。所以，此时的软件架构将全部归一为使用服务。

5 结束语

由上述简单分析可得出，软件架构在整个业务生态当中起着基础设施的作用，最终是为了业务增长而服务的，因此软件架构随业务而变，而增减、完善组件。因业务而进行的软件架构演讲是所有技术人员孜孜不倦的追求，软件架构与所有利益相关人员，如架构师、开发人员、业务人员等是息息相关的，软件架构在很大程度上架构的是人。未来的架构应该是业务架构、应用架构与数据架构的融合与统一。