十大常用软件架构模式简介

大型的企业级系统是如何设计的呢?想必大家都曾经有过这样的疑惑。大型软件开发前,我们必须选择一种合适的架构,它既要提供我们想要的功能,质量也要过关。因此,在应用不同的架构之前,我们有必要熟悉一下这些架构。

什么是架构模式?

根据维基百科,

针对软件架构中给定上下文的常见问题,架构模式是一种通用的、可复用的解决方案。它与软件设计模式相似,但范围更广。

在这篇文章中,我将简要地说明一下10种常用的架构模式,以及它们的用法和利弊。

  1. 分层模式
  2. 客户端 – 服务端模式(cs模式)
  3. 主从模式
  4. 管道过滤器模式
  5. 代理模式
  6. 点对点模式
  7. 事件总线模式
  8. 模型-视图-控制器模式(MVC模式)
  9. 黑板模式
  10. 解释器模式

1. 分层模式

这种模式可用于构建能分解成多组子任务的程序,每个子任务处在特定的抽象级别中。每一层为更高一层提供服务。

以下是最常见的通用信息系统中的4个层次。

  • 表示层(亦称为 UI层)
  • 应用层(亦称为 服务层)
  • 业务逻辑层(亦称为 领域层)
  • 数据访问层(亦称为 持久层)

用法

  • 通用桌面应用
  • 电子商务web应用

分层模式

2. 客户端-服务端模式

该模式包含一个服务端和多个客户端。服务端组件给多个客户端组件提供服务。客户端向服务端请求服务,服务端提供相关的服务。此外,服务端会持续监听客户端的请求。

用法

  • 在线应用,例如电子邮件、文件共享和存储。

客户端-服务端模式

3. 主从模式

该模式包含两部分;主和从。主组件给相同的从属组件分配工作,并根据从 从属组件 中返回的结果计算最终结果.

用法

  • 主服务器是权威来源,从属数据库与其进行同步。
  • 在计算机系统中,外围设备连接到总线中(主驱动和从属驱动)。

主从模式

4. 管道过滤模式

该模式可用于构建生成和处理数据流的系统。每个处理步骤包含在一个过滤组件中。待处理的数据通过管道传递。这些管道可用于数据缓存或同步。

用法

  • 编译器。连续的过滤器执行词法分析,解析,语意分析,和代码生成。
  • 生物信息学中的工作流。

管道过滤模式

5. 代理模式

该模式用于构建伴有解耦组件的分布式系统。这些组件通过远程服务调用来和彼此互动。代理组件负责协调组件之间的通信。

服务器将其功能(服务和特性)发布到代理。客户端从代理请求服务,代理根据注册表把客户端重定向到合适的服务。

用法

代理模式

6. 点对点模式

在该模式中,相同的组件被称为对等组件。对等体既可以作为客户端,请求其他对等体的服务,也可以作为服务端,为其他对等体提供服务。一个对等体可以作为客户端、或者服务端、或者兼任两者,它能随着时间动态变更自己的角色。

用法

点对点模式

7. 事件总线模式

该模式主要处理事件,并且有4个主要组件:事件源,事件监听者,事件通道和事件总线。事件源发布消息到事件总线上的特定通道。监听者订阅特定通道。如果监听者订阅的通道有消息发布,那么监听者就会得到通知。

用法

  • 安卓开发
  • 通知服务

事件总线模式

8. 模型-视图-控制器模式(MVC模式)

该模式亦被称为MVC模式,它将交互式应用分成3个部分,

  1. 模型 – 包含核心功能和数据
  2. 视图 – 给用户展示信息(可能不止一个视图)
  3. 控制器 – 处理用户的输入 这样做的目的是将 信息的内部表示信息呈现给用户并且从用户获取的方式 分离开。这样能解耦组件并且有效重用代码。

用法

  • 主要编程语言的万维网应用的体系结构。
  • web框架,例如DjangoRails

MVC模式

9. 黑板模式

该模式可用于没有已知确定性解决方案策略的问题。黑板模式由3个主要组件组成。

  • 黑板 – 一块结构化的全局内存,包含解决方案空间的对象。
  • 知识源 – 具有各自代表性的专业模块。
  • 控制组件 – 选择,配置和执行模块。 所有组件都可以访问黑板。组件可能会生产添加进黑板的新数据对象。组件在黑板上寻找特定类型的数据,并且可能利用已有的知识源,通过模式匹配的方式来寻找数据。

用法

  • 语音识别
  • 车辆识别和追踪
  • 蛋白质结构识别
  • 海纳信号解析

黑板模式

10. 解释器模式

该模式用于设计 用来解释专用语言写成的程序 的组件。它主要指明如何评估程序的行,即用特定语言编写的语句或表达式。基本想法是为语言的每个符号设置一个类。

用法

  • 数据库查询语言,例如SQL。
  • 计算机语言用来描述通讯协议。

解释器模式

架构模式的优劣比较

下面的图表总结了各种架构模式的优劣。

各种架构模式

名字 优势 劣势
分层模式 低层级的组件能被不同的高层级组件调用。可以清晰地定义层级,所以层级化更容易标准化。当在层级内改动时不会影响到其他层级 不是普遍适用的。在某种情况下,某些层级可能会被跳过
客户端-服务端模式 能很好地对客户端请求的服务进行建模 请求被分到服务端的不同的线程中处理。因为不同的客户端有不同的展示形式,进程间通讯会导致额外开销。
主从模式 准确性 – 服务被代理到具有不同实现的从属组件中执行 从属组件彼此隔离:之间没有共享状态。主从通讯的延迟在某些场景下是个问题,例如实时系统。这种模式只可以被用来解决能被分解的问题。
管道过滤模式 并行处理。当输出和输出都是流数据,过滤器一旦收到数据便开始计算。易于增加过滤器,系统扩展性好。过滤器可以复用。可以通过已有过滤器的重新组合来构建不同的管道 效率会受限于最慢的过滤处理器。把数据从一个过滤器转移到另一个中时,存在数据转换的开销。
代理模式 允许对象动态变化,增加、减少和迁移,并且对象分布对开发者是透明的。 需要服务描述标准化。
点对点模式 支持分布式计算。对于任意失败节点的高健壮性。取决于资源和计算效率的高拓展性。 由于各个节点是自愿合作的,服务质量无法保证。安全性很难保证。性能取决于节点数量。
事件总线模式 易于新增发布者、订阅者和连接。该模式对于高分布式应用很奏效。 该模式的可拓展性可能是个问题,因为所有消息都通过同一个事件总线传输。
模型-视图-控制器模式 相同的模型可以轻松拥有多个视图,可以在运行时建立连接和断开连接。 复杂度增加。可能导致用户操作的许多不必要的更新。
黑板模式 易于新增应用。易于扩展数据空间的结构。 很难修改数据空间的结构,因为会影响所有应用。可能需要同步和访问控制。
解释器模式 有可能实现高度动态行为。有利于终端用户的可编程性。提高灵活性,因为易于替换解释代码。 因为解释语言的执行速度一般比编译语言慢,所以性能可能是个问题。

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