32 可扩展架构的基本思想和模式
软件系统与硬件和建筑系统最大的差异在于软件是可扩展的，一个硬件生产出来后就不会再进行改变、一个建筑完工后也不会再改变其整体结构。例如，一颗CPU生产出来后装到一台PC机上，不会再返回工厂进行加工以增加新的功能；金字塔矗立千年历经风吹雨打，但其现在的结构和当时建成完工时的结构并无两样。相比之下，软件系统就完全相反，如果一个软件系统开发出来后，再也没有任何更新和调整，反而说明了这套软件系统没有发展、没有生命力。真正有生命力的软件系统，都是在不断迭代和发展的，典型的如Windows操作系统，从Windows 3.0到Windows 95到Windows XP，直到现在的Windows 10，一直在跟着技术的发展而不断地发展。
今天我们进入架构可扩展模式的学习，这部分内容包括分层架构、SOA架构、微服务和微内核等，先来聊聊架构的可扩展模式。
软件系统的这种天生和内在的可扩展的特性，既是魅力所在，又是难点所在。魅力体现在我们可以通过修改和扩展，不断地让软件系统具备更多的功能和特性，满足新的需求或者顺应技术发展的趋势。而难点体现在如何以最小的代价去扩展系统，因为很多情况下牵一发动全身，扩展时可能出现到处都要改，到处都要推倒重来的情况。这样做的风险不言而喻：改动的地方越多，投入也越大，出错的可能性也越大。因此，如何避免扩展时改动范围太大，是软件架构可扩展性设计的主要思考点。
可扩展的基本思想
幸运的是，可扩展性架构的设计方法很多，但万变不离其宗，所有的可扩展性架构设计，背后的基本思想都可以总结为一个字：拆！
拆，就是将原本大一统的系统拆分成多个规模小的部分，扩展时只修改其中一部分即可，无须整个系统到处都改，通过这种方式来减少改动范围，降低改动风险。
说起来好像挺简单，毕竟“拆”我们见得太多了。一般情况下，我们要拆一个东西时，都是简单粗暴的。例如，用推土机拆房子、用剪刀拆快递包装、用手撕开包装袋等，反正拆完了这些东西就扔了。但面对软件系统，拆就没那么简单了，因为我们并不是要摧毁一个软件系统，而是要通过拆让软件系统变得更加优美（具备更好的可扩展性）。形象地说，软件系统中的“拆”是建设性的，因此难度要高得多。
按照不同的思路来拆分软件系统，就会得到不同的架构。常见的拆分思路有如下三种。
- 面向流程拆分：将整个业务流程拆分为几个阶段，每个阶段作为一部分。
- 面向服务拆分：将系统提供的服务拆分，每个服务作为一部分。
- 面向功能拆分：将系统提供的功能拆分，每个功能作为一部分。
理解这三种思路的关键就在于如何理解“流程”“服务”“功能”三者的联系和区别。从范围上来看，从大到小依次为：流程>服务>功能，单纯从概念解释可能难以理解，但实际上看几个案例就很清楚了。
我以TCP/IP协议栈为例，来说明“流程”“服务”“功能”的区别和联系。TCP/IP协议栈和模型图如下图所示。
- 流程
对应TCP/IP四层模型，因为TCP/IP网络通信流程是：应用层 → 传输层 → 网络层 → 物理+数据链路层，不管最上层的应用层是什么，这个流程都不会变。
- 服务
对应应用层的HTTP、FTP、SMTP等服务，HTTP提供Web服务，FTP提供文件服务，SMTP提供邮件服务，以此类推。
- 功能
每个服务都会提供相应的功能。例如，HTTP服务提供GET、POST功能，FTP提供上传下载功能，SMTP提供邮件发送和收取功能。
我再以一个简单的学生信息管理系统为例（几乎每个技术人员读书时都做过这样一个系统），拆分方式是：
1.面向流程拆分
展示层 → 业务层 → 数据层 → 存储层，各层含义是：
- 展示层：负责用户页面设计，不同业务有不同的页面。例如，登录页面、注册页面、信息管理页面、安全设置页面等。
- 业务层：负责具体业务逻辑的处理。例如，登录、注册、信息管理、修改密码等业务。
- 数据层：负责完成数据访问。例如，增删改查数据库中的数据、记录事件到日志文件等。
- 存储层：负责数据的存储。例如，关系型数据库MySQL、缓存系统Memcache等。
最终的架构如下：
2.面向服务拆分
将系统拆分为注册、登录、信息管理、安全设置等服务，最终架构示意图如下：
3.面向功能拆分
每个服务都可以拆分为更多细粒度的功能，例如：
- 注册服务：提供多种方式进行注册，包括手机号注册、身份证注册、学生邮箱注册三个功能。
- 登录服务：包括手机号登录、身份证登录、邮箱登录三个功能。
- 信息管理服务：包括基本信息管理、课程信息管理、成绩信息管理等功能。
- 安全设置服务：包括修改密码、安全手机、找回密码等功能。
最终架构图如下：
通过学生信息管理系统的案例可以发现，不同的拆分方式，架构图差异很大。但好像无论哪种方式，最终都是可以实现的。既然如此，我们何必费尽心机去选择呢，随便挑选一个不就可以了？
当然不能随便挑，否则架构设计就没有意义了，架构师也就要丢掉饭碗了。原因在于：不同的拆分方式，本质上决定了系统的扩展方式。
可扩展方式
当我们谈可扩展性时，很多同学都会有一个疑惑：就算是不拆分系统，只要在设计和写代码时做好了，同样不会出现到处改的问题啊？例如，在面向服务拆分的案例中，增加“学号注册”，就算是不拆分为服务，也可以控制修改的范围，那为何我们要大费周章地去拆分系统呢？
在一个理想的环境，你的团队都是高手，每个程序员都很厉害，对业务都很熟悉，新来的同事很快就知晓所有的细节……那确实不拆分也没有问题。但现实却是：团队有菜鸟程序员，到底是改A处实现功能还是改B处实现功能，完全取决于他觉得哪里容易改；有的程序员比较粗心；有的程序员某天精神状态不太好；新来的同事不知道历史上某行代码为何那么“恶心”，而轻易地将其改漂亮了一些……所有的这些问题都可能出现，这时候你就会发现，合理的拆分，能够强制保证即使程序员出错，出错的范围也不会太广，影响也不会太大。
下面是不同拆分方式应对扩展时的优势。
1.面向流程拆分
扩展时大部分情况只需要修改某一层，少部分情况可能修改关联的两层，不会出现所有层都同时要修改。例如学生信息管理系统，如果我们将存储层从MySQL扩展为同时支持MySQL和Oracle，那么只需要扩展存储层和数据层即可，展示层和业务层无须变动。
2.面向服务拆分
对某个服务扩展，或者要增加新的服务时，只需要扩展相关服务即可，无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例，如果我们需要在注册服务中增加一种“学号注册”功能，则只需要修改“注册服务”和“登录服务”即可，“信息管理服务”和“安全设置”服务无须修改。
3.面向功能拆分
对某个功能扩展，或者要增加新的功能时，只需要扩展相关功能即可，无须修改所有的服务。同样以学生管理系统为例，如果我们增加“学号注册”功能，则只需要在系统中增加一个新的功能模块，同时修改“登录功能”模块即可，其他功能都不受影响。
不同的拆分方式，将得到不同的系统架构，典型的可扩展系统架构有：
- 面向流程拆分：分层架构。
- 面向服务拆分：SOA、微服务。
- 面向功能拆分：微内核架构。
当然，这几个系统架构并不是非此即彼的，而是可以在系统架构设计中进行组合使用的。以学生管理系统为例，我们最终可以这样设计架构：
- 整体系统采用面向服务拆分中的“微服务”架构，拆分为“注册服务”“登录服务”“信息管理服务”“安全服务”，每个服务是一个独立运行的子系统。
- 其中的“注册服务”子系统本身又是采用面向流程拆分的分层架构。
- “登录服务”子系统采用的是面向功能拆分的“微内核”架构。
专栏后面的内容我将详细阐述每种可扩展架构。
小结
今天我为你讲了可扩展架构的一些基本思想和方式，希望对你有所帮助。
这就是今天的全部内容，留一道思考题给你吧，规则引擎是常用的一种支持可扩展的方式，按照今天的分析，它属于哪一类？
欢迎你把答案写到留言区，和我一起讨论。相信经过深度思考的回答，也会让你对知识的理解更加深刻。（编辑乱入：精彩的留言有机会获得丰厚福利哦！）
- 鹅米豆发 👍（108） 💬（3）
面向流程、面向服务、面向功能，这三个的命名，面向服务和面向功能还可以，面向流程这个容易让人误解。 面向流程，大概指的是数据移动的流程，而不是业务流程。分层架构的本质，就是固定的内核，移动的数据。 规则引擎的扩展方式，可以用下排除法。 首先，肯定不是分层架构，即不是面向流程的，因为规则引擎主要作用在业务层。 其次，也不应该是面向服务的，因为规则引擎都是跨越多个服务的。 规则引擎和插件式架构，解决的都是功能扩展的问题。微内核架构就是一种插件式架构。 所以，规则引擎应该是面向功能的扩展方式。
2018-07-10 - feifei 👍（34） 💬（1）
规则引擎由推理引擎发展而来，是一种嵌入在应用程序中的组件，实现了将业务决策从应用程序代码中分离出来，并使用预定义的语义模块编写业务决策。接受数据输入，解释业务规则，并根据业务规则做出业务决策。 规则引擎是将业务决策与业务分离，它提供的还是决策功能，我觉得是面向功能，我没使用规则引擎的经验！不知道这样理解是否存在问题？
2018-07-10 - 东 👍（28） 💬（3）
面向服务和面向功能，这两个概念感觉十分难以区分，某个功能也可以做成一个微服务，某个微服务也可以认为是一个功能，求教二者的差别。谢谢华仔
2018-07-11 - 钱 👍（15） 💬（1）
课后思考及问题 1：拆——不仅仅是许多房二代产生原因，还是所有可扩展性系统架构的精髓。 在看正文之前我稍微想了一下，发现能做到水平扩展的，比如：web服务、微服务、数据存储服务等，加上一些机器就能一起扛量，都是流量的路由和中转，对应的服务够纯粹，可以独立提供对于的服务。 2：系统拆分的模式？ 2-1：面向流程——分层架构，数据流程非业务流程 2-2：面向服务——微服务，倾向于站在外部视角而言 2-3：面向功能——微内核，倾向于站在内部视角而言 3：规则引擎是常用的一种支持可扩展的方式，按照今天的分析，它属于哪一类？ 规则引擎没具体弄过，不过我感觉类似状态转换，是一个功能型的东东。也可通过排除法比较清晰的，看出它应该属于面向功能的类型。
2019-09-01 - 正是那朵玫瑰 👍（13） 💬（1）
规则引擎是嵌入应用程序的一种组件，我们也一直想引入来解决复杂多变的规则变化，而规则应属某项功能，比如我们在p2p行业，想筛选出种子用户，可能会有很多的条件限制，如投资额达到多少，投资的频率等等，而这些条件又会经常变化，于是用规则引擎抽离出来，从这个角度看规则引擎应该是面向功能拆分（筛选种子用户是属于一项功能）。不过我觉得规则引擎还可以编排流程，比如有A，B，C，D四个流程， 1、当满足条件1时走A-->B-->C-->D 2、满足条件2时走A-->B-->D 3、满足条件2时走A-->B-->C 从这个角度来说是不是也可以认为是面向流程拆分，不知道理解是否正确？
2018-07-10 - 天外来客 👍（12） 💬（1）
规则引擎是嵌入的一种功能组件，就像计算引擎一样，属于功能级的概念，应该属于面向功能的拆分。 另一方面，即使把规则相关的部分做成服务，仅就规则引擎来讲，它也是功能级的概念，而非流程或者服务。
2018-07-26 - 慎独明强 👍（8） 💬（1）
总结下今天所学到的内容。可拓展架构的基本思想就是拆，拆又分为流程拆分，服务拆分，功能拆分，三个粒度是越来越小。在工作中首先是按照业务流程拆分为不同的服务，小服务为了支持可拓展按流程拆分为合单、过滤拦截、冻结、查询库存、预售、寻仓等，再每个小流程按功能去拆分为不同的接口，再通过配置化实现这些接口的组装或者说调用链，来实现可配置化的支持业务。有新增业务，只需增加配置项和接口，不会影响到其他业务功能。
2020-08-07 - 沧海一粟 👍（5） 💬（1）
面向服务的拆分成独立的子系统，如文中所讲的学生管理系统，拆分为注册服务，登录服务，管理系统等子系统，请问老师，这些子系统是自己链接数据库的吗？实际项目都是怎么做的？
2018-07-10 - 11月的萧邦 👍（4） 💬（1）
提高架构的扩展性靠拆，那么拆是也可以提高代码层面的扩展性？比如：两个功能耦合在一个方法里了，通过拆分成两个方法，一个方法里面各完成一个功能，也达到解耦的效果来提供扩展性
2022-04-08 - Will 👍（3） 💬（3）
面向流程是否可以这样理解，比如电商网站下单的流程。登陆、浏览商品、加入购物车、结算、下单、支付、收货、评价等。拆完就是用户服务、商品服务、订单服务、评价服务等。谢谢华仔这么赞的所有章节！
2018-07-17 - Walter 👍（2） 💬（1）
面向功能拆分：微内核架构。 老师，这个微内核架构该怎么理解?
2021-12-17 - 微风 👍（2） 💬（1）
李老师能说说OSGI吗
2018-09-28 - 单朋荣 👍（1） 💬（1）
感觉架构好多思想都是通的，因为分的方式或者架构本身的特性（SOA和微服务，虽然都是面向服务，因拆分力度、架构设计目的、应用场景、服务通信、是否ESB等方面特性，划分为不同架构模式），形成了特定的架构模式（分层；SOA、微服务；微内核）。 为什么说思想通的呢？以云原生为例，可以看做是以服务为拆分粒度（Pod），这是变化点，属业务侧；稳定点，也是通用功能Master:controller组建、API Server等和Slave:kubelet，负责服务注册发现、通信等；单看隔离变化，这里也和“微内核”思想的类似，即将业务变化部分封装在插件里面。 总的来说，架构模式间特性差异明显，但有时也存在关联，尤其思想上较为明显。
2023-07-31 - LWD 👍（1） 💬（1）
面向流程面向服务面向功能感觉都是在强调单一原则，避免设计出你中有我，我中有你的架构；
2023-03-03 - 11月的萧邦 👍（1） 💬（1）
对于整个图书管理系统，有三种拆分方式：按照流程拆，按照服务拆，按照功能拆。在本文案例中，则是选择的按照服务拆分，拆分为了若干个服务。而对于每个服务仍可以继续按照流程、或按照服务、或按照功能继续拆。在本文案例中，注册服务选择了按照流程继续拆分，而登录服务则选择按照功能继续拆分。
2022-02-18