[Architecture] 系统架构正交分解法
[Architecture] 系统架构正交分解法
前言
随着企业成长，支持企业业务的软件，也会越来越庞大与复杂。当系统复杂到一定程度，开发人员会发现很多系统架构的设计细节，很难有条理、有组织的用一张大蓝图去做分析设计。先前在InfoQ上看到一篇文章：「亿级用户下的新浪微博平台架构 - 卫向军」，在这篇文章里使用正交分解法，来分析设计新浪微博平台的系统架构。
透过正交分解法这样表格式的条列与分解，可以让开发人员清楚理解每个象限的关注点，进而去理解与组织整个系统架构所使用到的框架技术。本篇文章介绍如何使用正交分解法来分析设计系统架构，主要为自己留个纪录，也希望能帮助到有需要的开发人员。
水平分层
使用正交分解法来分析设计系统架构，要先拆解出水平分层。水平分层的拆解方式，开发人员可以依照N-Tier的切割方式来拆解水平分层。在本篇文章的后续范例里，使用经典的三层式架构来拆解水平分层：
- 表示层(Presentation)：表示层用来分类与组织，系统所提供的功能接口。这边所定义的功能接口，会有两种概念，一种是给人使用的功能接口，一种是给计算机看的功能接口。例如一个对帐系统，可能提供HTML页面给用户使用、也可能提供RESTful API给其他系统调用。这些功能接口的分析、设计、实作，会被归类到表示层的象限范围。
- 领域层(Domain)：领域层用来分类与组织，系统所提供的领域逻辑。软件是用来处理特定领域的问题，每个软件透过程序代码将问题的解决方案，封装成为函式库或是一组对象来提供系统使用，这些也就是所谓的领域逻辑。这些领域逻辑的分析、设计、实作，会被归类到领域层的象限范围。
- 存取层(Accesses)：存取层用来分类与组织，系统所使用的存取媒介。系统运作的过程中，需要将一些参数、纪录、数据...等等讯息，持久化的保存到数据库以利后续使；或是需要从其他系统中取得这些相关讯息来进行处理。这些存取媒介的分析、设计、实作，会被归类到存取层的象限范围。
垂直分层
传统上，将系统依照特性与范围来拆解出N-Tier的架构之后，就可以开始着手进行每个Tier里面功能模块的分析设计。但使用正交分解法来分析设计系统架构，拆解出水平分层之后，还要接着拆解出垂直分层。垂直分层的拆解方式，开发人员可以依照不同的需求面向来拆解垂直分层。在本篇文章的后续范例里，使用「亿级用户下的新浪微博平台架构 - 卫向军」里的几个需求面向来拆解垂直分层：
- 技术架构：技术架构用来分类与组织，面向平台需求的功能模块。系统里不牵扯领域逻辑、平台级重用的功能模块，会被分类到技术架构这个垂直分层。例如：一个自定义的WebAPI框架，包含了Token登入、数据加密、Route分派等等功能，这些功能属于不牵扯领域逻辑、并且可以做为平台反复提供其他功能模块使用。这些功能模块、框架、策略，会被归类到技术架构的象限范围。
- 应用架构：应用架构用来分类与组织，面向领域需求的功能模块。系统里封装领域逻辑、互相交互的功能模块，会被分类到应用架构这个垂直分层。例如：一个商城系统里会包含了，订单追踪、客户数据、商家评价等等功能模块，这些功能模块封装系统的领域逻辑，并且互相交互。这些功能模块、框架、策略，会被归类到应用架构的象限范围。
- 监控架构：监控架构用来分类与组织，面向维运需求的功能模块。系统里不牵扯领域逻辑、封装监控逻辑的功能模块，会被分类到监控架构这个垂直分层。例如：一个RPC监控模块，包含了RPC响应时间、RPC每秒负载等等功能，这些功能属于不牵扯领域逻辑、并且封装了监控逻辑。这些功能模块、框架、策略，会被归类到监控架构的象限范围。
01.技术架构x表示层
「技术架构x表示层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：不牵扯领域逻辑、平台级重用、用于表示层。以上述关注点去发想，可以发想出不管是选择ASP.NET MVC或是Spring MVC来开发系统的表示层，都免不了会依照系统或企业的需求与特性，去精炼出自己的表示层框架，用来提高系统的产量与产值。类似像这些功能模块、框架、策略，会被归类到「技术架构x表示层」的象限范围。在本节的后续说明里，介绍一些常见的功能模块、框架与策略：
- WebSite框架：WebSite框架封装了Route分派、Passwod验证、Cookie验证、OAuth验证、Model串行化\反串行化、HTML渲染...等等功能。这个WebSite框架，支撑「应用架构x表示层」里的功能模块开发HTML Page给外部用户使用。并且该框架开放接口让「监控架构x表示层」，能够监控WebSite的响应时间、在线人数、热门页面等等信息。
- WebAPI框架：WebAPI框架封装了Route分派、Passwod验证、Token验证、Model串行化\反串行化...等等功能。这个WebAPI框架，支撑「应用架构x表示层」里的功能模块开发REST API给外部系统使用。并且该框架开放接口让「监控架构x表示层」，能够监控WebAPI的响应时间、每秒负载、错误纪录等等信息。
02.技术架构x领域层
「技术架构x领域层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：不牵扯领域逻辑、平台级重用、用于领域层。以上述关注点去发想，可以发想出在领域层里的每个功能模块之间的互相交互，需要建立平台级的分布式框架来提供：服务注册与发现、远程调用、定时执行等等功能，用来提高系统的产量与产值。类似像这些功能模块、框架、策略，会被归类到「技术架构x领域层」的象限范围。在本节的后续说明里，介绍一些常见的功能模块、框架与策略：
- 服务协调框架：服务协调框架封装了服务注册、服务查询、服务心跳...等等功能。这个服务协调框架，支撑「应用架构x领域层、表示层」里的功能模块，获取相依功能模块的联机信息与存活状态。并且该框架开放接口让「监控架构x领域层」，能够监控功能模块的服务数量、存活状态等等信息。
- 远程调用框架：远程调用框架封装了供应端建立、消费端建立、同步调用、异步调用、错误处理...等等功能。这个远程调用框架，支撑「应用架构x领域层」里的功能模块，建立供应端来提供远程调用服务。支撑「应用架构x领域层、表示层」里的功能模块，建立消费端来使用远程调用服务。并且该框架开放接口让「监控架构x领域层」，能够监控功能模块的响应时间、每秒负载、错误纪录等等信息。
- 消息队列框架：消息队列框架封装了建立队列、发送消息、取得消息、分发策略...等等功能。这个消息队列框架，支撑「应用架构x领域层」里的功能模块，建立消息队列来循序处理消息。支撑「应用架构x领域层、表示层」里的功能模块，建立发送端来发送消息到消息队列。并且该框架开放接口让「监控架构x领域层」，能够监控消息队列的处理时间、每秒负载、队列堆积数量等等信息。
- 排程作业框架：排程作业框架封装了建立作业、定时执行作业、定期执行作业、错误处理...等等功能。这个排程作业框架，支撑「应用架构x领域层、表示层」里的功能模块，建立排程执行的作业来调用服务或是发送消息。并且该框架开放接口让「监控架构x领域层」，能够监控排程作业的处理时间、执行纪录、错误纪录等等信息。
03.技术架构x存取层
「技术架构x存取层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：不牵扯领域逻辑、平台级重用、用于存取层。以上述关注点去发想，可以发想出在存取层里为了因应大量用户的问题，需要提供平台级的大并发策略与框架，用来增加存取效能、回避存取效能瓶颈。类似像这些功能模块、框架、策略，会被归类到「技术架构x存取层」的象限范围。在本节的后续说明里，介绍一些常见的功能模块、框架与策略：
- 资料快取框架：数据快取框架封装了数据快取策略方针、快取建立、快取使用、快取清除...等等功能。这个数据快取框架，指引「应用架构x存取层」里的储存媒介，如何进行数据快取的相关设计。支撑「应用架构x领域层」里的功能模块，透过框架功能来建立与使用L1\L2快取数据。并且该框架开放接口让「监控架构x存取层」，能够监控数据快取框架的快取命中率、快取负载等等信息。
- 读写分离框架：读写分离框架封装了读写分离策略方针、读写分离新增、读写分离查询...等等功能。这个读写分离框架，指引「应用架构x存取层」里的储存媒介，如何进行分表分库的相关设计。支撑「应用架构x领域层」里的功能模块，透过框架功能来新删修查被分割的储存媒介。并且该框架开放接口让「监控架构x存取层」，能够监控读写分离框架的查询效能、数据负载等等信息。
- 分库分表框架：分库分表框架封装了分库分表策略方针、分库分表新增、分库分表查询...等等功能。这个分库分表框架，指引「应用架构x存取层」里的储存媒介，如何进行分表分库的相关设计。支撑「应用架构x领域层」里的功能模块，透过框架功能来新删修查被分割的储存媒介。并且该框架开放接口让「监控架构x存取层」，能够监控分库分表框架的查询效能、数据负载等等信息。
04.应用架构x表示层
「应用架构x表示层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：封装领域逻辑、应用表示层。系统里所封装的领域逻辑，需要透过这个象限的封装，才能开放给外部系统或是用户使用。开发人员可以依照领域逻辑的面向，来分类与组织表示层所封装的功能模块。这些功能模块会使用「技术架构x表示层」所提供的框架，来建立REST API或是Web Page给外部系统与用户使用。并且使用「技术架构x领域层」所提供的功能模块，来调用「应用架构x逻辑层」里所封装的领域逻辑。
05.应用架构x领域层
「应用架构x领域层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：封装领域逻辑、应用领域层。系统里提供的所有领域逻辑，都会被封装成为这个象限里一个一个的功能模块。开发人员可以依照领域逻辑的面向，来分类与组织领域层所封装的功能模块。这些功能模块会使用「技术架构x领域层」所提供的框架，来提供与使用领域逻辑。并透过「技术架构x存取层」所提供的功能模块，来存取「应用架构x存取层」里所的持久化资料。
06.应用架构x存取层
「应用架构x存取层」这个象限里，开发人员可以把关注点放在：封装领域逻辑、应用存取层。系统里所有领域逻辑执行过程所产生的持久化数据，都会被储存在这些象限里。开发人员可以依照系统的需求，来选择储存媒介的类型。这些储存媒介，透过「技术架构x存取层」所提供的策略方针来设计规划。并且透过「技术架构x存取层」所提供的功能模块，让「应用架构x领域层」能够存取位于存取媒介内的持久化数据。
07.监控架构x表示层、逻辑层、存取层
「监控架构x表示层、逻辑层、存取层」这个象限里的功能模块，依照「技术架构x表示层、逻辑层、存取层」对应层级所开放的接口，来监控对应功能模块的各项参数。例如：监控「技术架构x表示层」里WebSite框架的响应时间、在线人数、热门页面等等信息。以监控平台的设计来说，从技术架构的层面切入，尽量减少对于应用架构的侵入，可以有效降低应用架构的复杂度，进而增加系统的产值与产能，并且也不会减少系统监控的相关能力。
结语
正交分解法将系统架构切割为水平的N-Tier、与垂直的需求面向，再去交互切割组合每个象限的不同关注点。并且依照项目需求，还可以做更复杂的条件扩充。例如：水平分层可以加入提供Mobile、HTML5 SPA的Tier；垂直分割可以加入面向测试、面向布署的需求面向。
透过正交分解法这样的切割方式，可以减少开发人员每个象限所需要思考的关注点；并且表格象限式的分析设计，也减少开发人员遗漏某个关注点的可能性。不管是开发新系统、或是审视旧系统，都非常推荐开发人员尝试看看。