程序员过关斩将--论系统设计的高可扩展性
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2020-12-02 12:54
“此文仅仅代表个人意见，并非行业标准
“MQ是万能的高扩展方式？
“面向接口是万能的高扩展方式？
说到系统设计的三高，每一高都是一个很庞大的话题，甚至可以用一本书甚至N本书来详细阐述。其中高可扩展性是系统架构的众多目标之一。归根结底，系统的架构要为最终的业务服务，脱离业务来谈架构其实比耍流氓更无耻。
在我们心目中最理想的软件架构要像搭积木一样简单，并且快捷，而且高效。但是现实往往比996更残酷，多数的系统在初期为了配合业务快速上线，扩展性这个指标并不理想。别的不谈，一个系统要完美的做到“对修改封闭，对扩展开放”其实一点也不简单，不知道你有没有遇到过修改一个bug蹦出另外一个bug的痛苦经历？
为了做到系统的高扩展性，其实有很多借鉴的案例，尤其是设计模式。但是今天我还是要说一说我自己的看法。无论什么样的系统，抽象起来其实都是模块和模块之间的交互，这里模块的含义是广义的，即可以代表函数，也可以代表进程，甚至可以代表目前流行的微服务，如下图所示
图是不是很简单？但是要想把A和B之间的交互做到高扩展其实并不容易，这要求系统的设计者必须要想办法在满足A和B正常交互的情况下尽量解耦A和B，只有正确的解耦，才能从容的应对A和B独立扩展的业务需求
同一进程内
在同一进程内的情况是一种最常见的存在方式，对应到我们平时的代码，表现为函数的调用，而这里的函数调用可以是同一模块内的函数调用，比如最典型的三层架构中，业务层调用持久化层来进行数据的操作，如下代码：
//user 业务层
public class UserBLL
{
UserDAL dal = new UserDAL();
public int AddUser(User user)
{
//其他业务
return dal.AddUser(user);
}
}
//user持久化层
public class UserDAL
{
public int AddUser(User user)
{
//进行数据库操作
return 0;
}
}
我真的希望实际项目中的代码能像以上代码这么简单，毕竟代码就和项目一样，简单即是美。这段代码排除业务之外，从架构来讲也有很多问题，用开头的A和B的方式来表示，A代表的是UserBLL，B代表的是UserDAL，这里最容易看出的就是强耦合，即：A严重依赖于B，如果B有什么风吹草动，势必会影响A的执行。
怎么办呢？所以有了B的抽象层，对应到代码上是IDAL接口层，当然这个抽象层应该是稳定的，如果三天两头修改抽象层，那说明抽象的有问题。A在执行上改为依赖IDAL，这是系统内设计最常见的面向接口设计模式，其实更准确的说，应该是面向抽象设计模式。由于引入了稳定的抽象层，不再稳定的实现层就可以根据实际的业务去修改，这里体现的是系统设计中依赖倒置的原则，当然为了实现依赖倒置，你可能需要使用IOC等技术来实现项目落地。
//user 业务层
public class UserBLL
{
IUserDAL dal = "依赖注入";
public int AddUser(User user)
{
//其他业务
return dal.AddUser(user);
}
}
//user的持久化层抽象
public interface IUserDAL
{
int AddUser(User user);
}
//user持久化层
public class UserDAL: IUserDAL
{
public int AddUser(User user)
{
//进行数据库操作
return 0;
}
}
不同进程间
不同的进程之间互相协作是目前分布式模式下主要的交互方式，例如之前的SOA，现在的微服务，都是在利用分散在不同位置的模块来组装系统，这些模块之间的通信是一个分布式系统必备的条件。
和进程内函数调用类似，分布式系统也可以抽象为A和B的关系模型，我们要解决的也是A和B能够独立变化的问题。现在假设A服务依赖于B服务，B服务由于压力大需要扩容，会有哪些影响呢？
B自己内部的状态变化，如果B服务是有状态的，扩展起来可能会设计到数据的迁移等操作，如果B是无状态的，理论来说可以很方便的横向扩展 B的扩容对A或者其他依赖于B的系统有什么影响，依赖方能否做到自动适配，而不必修改任何配置
和进程内函数调用不同，进程间的通信需要通讯协议的支持，最常见的RPC调用都是基于TCP协议，Restfull基于http协议，使用这些协议底层都需要指定明确的IP和端口。所以需要某种解决方案在被依赖方扩展的时候，依赖方能够得到感知。聪明的你可能想到了“注册中心”，不错，这也是注册中心最主要的职责。
解决方案2
用注册中心的方式，理论上属于通知依赖方的方案，在依赖方感知被依赖方有扩展变动的时候，需要作出对应的变化。与之对应的其实我们也可以把变动封装在被依赖方，这个时候就引入了以下代理模式，最常见的就是网关模式。
其实代理模式非常常见，比如Nginx做反向代理，数据库的中间件。这些设施都是对依赖方透明的，依赖方不会因为被依赖方实施了扩展而受影响。
解决方案3
目前很多业务下有一种很常见的场景，依赖方和被依赖方通信并不需要知道执行结果，最典型的场景像：新用户注册给用户发欢迎邮件或者短信欢迎语。如果业务代码中冗余了发邮件或者短信的代码的话，一旦要添加新的欢迎方式就必须要修改业务代码，无论你是否有抽象层，为了不影响主要的业务又最大化解耦系统，一般都会把这种非主要业务通过消息的方式分离出来。最常见的解决方案就是MQ。这也是典型发布订阅模式，但是这种模式如上所说，调用方并不能实时的得到业务处理结果。
利用MQ来进行系统的解耦，来实现系统的高可扩展是一种非常常见的方式，优势有很多，我不再阐述，但是需要注意消息的可靠性，因为消息经过了几个环节之后，难保某个环节出现问题而丢失消息。具体的详细介绍可以查看
写在最后
A和B之间的通信如果只是单向的话，可以理解为上下级关系，但是在微服务情况下，A和B很多时候是平行的互相调用的兄弟关系。有的架构师不赞成平行关系的微服务互相调用，这是有一定道理的，因为这很容易造成复杂的网络调用模式，如果是符合MQ消息的形式通信，我也推荐首推利用MQ来解耦服务间的依赖。
高可扩展性系统的最终目标是在应对业务变化的时候，用最小的代价去实现。而如何实现系统的扩展性，并非只有以上所说的“面向接口编程”，利用MQ这些方式，你还知道哪些可以帮助系统扩展的解决方案吗？欢迎你给我留言！！
“只要一提到解耦，有的“高手”一上来就说利用MQ，真的对吗？如果调用方需要实时的业务处理结果呢？
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