軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨新挑戰(zhàn)

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IT運(yùn)行環(huán)境正在發(fā)生激烈的變化。一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)的普及、Web 2.0的流行以及虛擬化、云計(jì)算等技術(shù)的出現(xiàn)使得軟件所要面對(duì)的環(huán)境日益復(fù)雜，不僅要面對(duì)種類更多的數(shù)據(jù)源，同時(shí)也要求軟件能支持動(dòng)態(tài)的配置和重組; 而另一方面，IT的普及帶來了數(shù)據(jù)量的劇增，根據(jù)IDC的研究，未來5年，企業(yè)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)每年會(huì)保持20%的增長，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量的增加則高達(dá)60%。數(shù)據(jù)量急劇增加的一個(gè)必然后果是軟件越來越大，也越來越復(fù)雜。

越來越多的數(shù)據(jù)、支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)源、軟件能自動(dòng)配置和重組等這些要求最終都需要更靈活和可靠的軟件架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的軟件架構(gòu)顯然難以適應(yīng)新的IT環(huán)境。實(shí)際上，以前我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用軟件架構(gòu)的前提如今都已經(jīng)發(fā)生了改變，因而軟件的架構(gòu)也需要改變，特別是考慮云計(jì)算在未來5年內(nèi)的普及，我們的軟件必須為云計(jì)算而設(shè)計(jì)。

IT成為業(yè)務(wù)的支柱

過去，IT主要用于完成一些可重復(fù)的業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化，比如讀取某個(gè)報(bào)表中的數(shù)據(jù)并對(duì)此進(jìn)行計(jì)算。ERP算得上是IT最典型的應(yīng)用方式，它實(shí)現(xiàn)了訂單、記賬和庫存跟蹤的自動(dòng)化，從而大幅度提升工作效率。而如今IT技術(shù)的這種應(yīng)用方式正在發(fā)生變化，因?yàn)榻裉斓钠髽I(yè)所經(jīng)營的業(yè)務(wù)已經(jīng)很難和IT分開。

一個(gè)典型例子就是一種在線音樂服務(wù)——網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)。提出這種業(yè)務(wù)的公司在一些專業(yè)人士的幫助下為它的客戶提供定制的音樂，它們會(huì)跟蹤每個(gè)客戶的收聽習(xí)慣和聽完音樂后的反饋，以保證它們?yōu)槊總€(gè)客戶推送的都是客戶喜歡的節(jié)目。很顯然，沒有強(qiáng)大的IT基礎(chǔ)設(shè)施和計(jì)算能力作為保證，這項(xiàng)服務(wù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。

而物聯(lián)網(wǎng)的興起更是推動(dòng)了應(yīng)用軟件的變化，使得軟件從人機(jī)交互為主到全面的自動(dòng)化。應(yīng)該說，到目前為止，大多數(shù)計(jì)算都是由人類活動(dòng)發(fā)起的，比如訂購了一個(gè)商品、訪問一個(gè)網(wǎng)頁等等。而未來，由各種各樣的設(shè)備（如傳感器）發(fā)起而非人類活動(dòng)發(fā)起的計(jì)算會(huì)越來越多。比如，如今智能電表在很多城市得到普及，它取代了傳統(tǒng)的人工抄表方式，省時(shí)省力。方便的背后是因?yàn)樗鲃?dòng)發(fā)起了很多操作: 這種智能電表與電力公司的數(shù)據(jù)中心相連，它自動(dòng)地把賬單信息上傳到電力公司的數(shù)據(jù)中心。除此之外，它還能實(shí)時(shí)地記錄用戶的電力使用細(xì)節(jié)，這些信息能幫助電力公司了解某個(gè)用戶使用電力的情況，從而制定相應(yīng)的價(jià)格策略。這與每月僅僅讀取一個(gè)用電數(shù)相比，要傳輸和處理的數(shù)據(jù)量多了很多，也使得后臺(tái)的處理工作量大了很多，最終必然會(huì)影響后臺(tái)的軟件架構(gòu)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)需應(yīng)對(duì)四個(gè)挑戰(zhàn)

應(yīng)用程序需要處理的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)類型以及應(yīng)用程序的應(yīng)用場(chǎng)景的變化，給未來的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)帶來很多挑戰(zhàn)。具體來說，有四個(gè)方面:

應(yīng)用程序負(fù)載變化大。工作任務(wù)變化和工作環(huán)境的復(fù)雜都使得應(yīng)用程序的負(fù)載變得不可預(yù)測(cè)。比如，酒店傳統(tǒng)的高峰時(shí)段是每天早上（主要為退房）和下午4～9點(diǎn)（入?。?。而在未來，業(yè)務(wù)的多樣化將使得應(yīng)用程序隨時(shí)都有可能出現(xiàn)高負(fù)荷。也就是說，應(yīng)用程序?qū)⑹侨旌蛱幱诠ぷ鳡顟B(tài)，而不僅僅只在某幾個(gè)小時(shí)。

用戶接口類型更加復(fù)雜。過去很多應(yīng)用程序是面向人的，因此非常重視人機(jī)交互，比如會(huì)有很大的顯示屏以方便用戶輸入，而如今數(shù)據(jù)來源趨于多樣化，除了人工輸入外，更多時(shí)候是來自于其他應(yīng)用程序、傳感設(shè)備或者來自用戶上載的文件或者之前根本沒有想到過的某個(gè)數(shù)據(jù)源。因此，在接口方面除了傳統(tǒng)的服務(wù)接口、上載接口還要考慮各種終端或者外設(shè)的輸入，除了單數(shù)據(jù)的輸入還要考慮批量上載。相應(yīng)地，在應(yīng)用程序的架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就必須把各種新的數(shù)據(jù)流考慮進(jìn)來。

要支持移動(dòng)應(yīng)用。過去的應(yīng)用程序通常都工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)合，與外部的連接通常也是可靠的，而架構(gòu)設(shè)計(jì)通常也是基于這樣的前提設(shè)計(jì)的。而今，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的普及，無線應(yīng)用越來越多，而在無線網(wǎng)絡(luò)中，連接并非一定是可靠的。比如，用戶正在一個(gè)急駛的出租車中，他所使用的服務(wù)可能隨著位置的變化很快不可用。因此，程序必須充分考慮這一點(diǎn)，即在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通時(shí)能快速獲得所需的數(shù)據(jù)，一旦中斷能保護(hù)好工作“現(xiàn)場(chǎng)”，以待下次網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)繼續(xù)。

應(yīng)用程序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更復(fù)雜。數(shù)據(jù)處理規(guī)模的不可預(yù)測(cè)，要求軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)必須改變。比如，很多程序開始大量使用內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)以提高處理速度，而不一定把每個(gè)都保存到數(shù)據(jù)庫。而且，應(yīng)用程序復(fù)雜常常是與異步處理和計(jì)算密集性的任務(wù)相伴相隨的，這時(shí)通常都會(huì)用到消息隊(duì)列，在應(yīng)用程序的軟件架構(gòu)時(shí)都必須考慮到這些問題。

從軟件架構(gòu)開始 支持云計(jì)算

為了保證應(yīng)用系統(tǒng)能夠滿足企業(yè)未來的新需求，特別是支持云計(jì)算，對(duì)于新的軟件系統(tǒng)有必要在軟件架構(gòu)上做好準(zhǔn)備。建議可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:

1.對(duì)應(yīng)用軟件中準(zhǔn)備使用的中間件（或組件）進(jìn)行重新評(píng)估。現(xiàn)有大多數(shù)中間件是面向靜態(tài)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通常采用手工配置，偶爾進(jìn)行升級(jí)。這些中間件一般都有一個(gè)配置文件，人工進(jìn)行流程編排。中間件啟動(dòng)時(shí)，先讀取這個(gè)配置文件，然后根據(jù)文件要求完成規(guī)定的任務(wù)。未來，隨著云計(jì)算環(huán)境的普及，不斷會(huì)有新的連接加入也會(huì)有連接退出，這就會(huì)導(dǎo)致與中間件的連接關(guān)系發(fā)生變化，上述手工方式就開始顯出不足來。為此，未來的架構(gòu)必須支持在線調(diào)整中間件在流程中的關(guān)系、能動(dòng)態(tài)增加和刪減連接。

2.在軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中時(shí)刻牢記負(fù)載平衡。很多應(yīng)用軟件支持在Web服務(wù)器層的負(fù)載平衡，但進(jìn)行負(fù)載均衡的時(shí)候要求所連接的組件數(shù)量固定而且IP地址也是固定的。而實(shí)踐中，負(fù)載變化的幅度可能很大，所以應(yīng)用軟件的每個(gè)部分都應(yīng)是可擴(kuò)展的，也就是說要支持動(dòng)態(tài)的負(fù)載均衡，在設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件架構(gòu)時(shí)不能先假定只有一個(gè)或者幾個(gè)組件。

3.不要忘了可擴(kuò)展性。可擴(kuò)展性一直是設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)時(shí)應(yīng)該考慮的，只是未來軟件的可擴(kuò)展問題可能變得更重要。換句話說，未來的軟件必須要有能支持2倍、3倍甚至10倍負(fù)載的能力，因?yàn)閷碥浖膽?yīng)用軟件放到云環(huán)境中后，負(fù)載會(huì)變得不可預(yù)測(cè)，為此必須特別注意可能存在的性能瓶頸，而且要考慮好如何在程序運(yùn)行的過程中解決可能存在的問題。事實(shí)上，如果設(shè)計(jì)時(shí)不考慮到可擴(kuò)展性，未來的軟件架構(gòu)將很難應(yīng)對(duì)超出的負(fù)載。

4.支持應(yīng)用軟件的動(dòng)態(tài)更新。40年前汽車制造商要生產(chǎn)一種新的車型，需要用兩周的時(shí)間來對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整，而后來豐田汽車率先實(shí)現(xiàn)了工廠的動(dòng)態(tài)升級(jí)，僅用兩個(gè)小時(shí)就實(shí)現(xiàn)了這種調(diào)整。今天的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)所處的情景與此相似，在云計(jì)算時(shí)代，應(yīng)用程序24小時(shí)運(yùn)行，不允許為了對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)而停機(jī)。因此，今天的應(yīng)用軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮到如何在不影響用戶使用自己所需服務(wù)的同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)和調(diào)整，正如豐田汽車所做的那樣。同樣，與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的模型設(shè)計(jì)也必須支持這種新的軟件使用模式。