10.1 軟件架構(gòu)演化和定義的關(guān)系

10.1.1 演化的重要性

軟件架構(gòu)的演化是為了適應(yīng)用戶(hù)需求、業(yè)務(wù)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的變化，它涵蓋了軟件架構(gòu)的全生命周期，包括需求獲取、建模、文檔、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)等階段。軟件架構(gòu)的演化的重要性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 保障軟件系統(tǒng)質(zhì)量：軟件架構(gòu)支撐整個(gè)軟件系統(tǒng)，決定其性能、可靠性、安全性和易維護(hù)性等關(guān)鍵屬性。軟件架構(gòu)的演化可以確保軟件系統(tǒng)滿(mǎn)足用戶(hù)需求，并具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和長(zhǎng)期生命周期。

2. 管控復(fù)雜性和變化性：軟件架構(gòu)作為藍(lán)圖提供了對(duì)整體復(fù)雜性和變化性的管控途徑?；谲浖軜?gòu)進(jìn)行檢測(cè)和修改成本相對(duì)較低，能夠更好地刻畫(huà)軟件演化，觀(guān)察和控制演化中的影響效應(yīng)。

3. 保證一致性和正確性：軟件架構(gòu)的演化可以保證軟件系統(tǒng)的一致性和正確性，并降低演化的成本。形式化、可視化表示提高了軟件的可構(gòu)造性，設(shè)計(jì)方案考慮未來(lái)可能出現(xiàn)的演化問(wèn)題和環(huán)境，描述組件間的耦合有助于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

總之，軟件架構(gòu)的演化是為了維持軟件架構(gòu)自身的有用性，并確保軟件系統(tǒng)滿(mǎn)足用戶(hù)需求、具備良好的質(zhì)量和功能屬性，同時(shí)降低復(fù)雜性和變化性對(duì)軟件演化帶來(lái)的影響。

10.1.2 演化和定義的關(guān)系

軟件架構(gòu)演化的關(guān)鍵要素包括組件、連接件和約束。組件是軟件架構(gòu)的基本要素，表示系統(tǒng)中的計(jì)算元素、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和重要模塊。

組件的演化涉及模塊的增加、刪除或修改。連接件表示組件之間的交互關(guān)系，大多數(shù)情況下，組件的演化會(huì)導(dǎo)致連接件的演化，包括交互消息的增加、刪除或改變。

約束是組件和連接件之間的拓?fù)潢P(guān)系和配置，它提供額外的數(shù)據(jù)支持，包括架構(gòu)的約束數(shù)據(jù)和參數(shù)。

約束的演化體現(xiàn)在仿真數(shù)據(jù)的增加、刪除或改變。組件、連接件和約束的演化可能會(huì)產(chǎn)生波及效應(yīng)，并最終形成演化后的軟件架構(gòu)。

10.2 面向?qū)ο筌浖軜?gòu)演化過(guò)程

10.2.1 對(duì)象演化

順序圖中組件的實(shí)體為對(duì)象，而對(duì)象包含了屬性如接口、類(lèi)型和語(yǔ)義等。對(duì)象屬性的演化只影響對(duì)象自身，對(duì)描述對(duì)象之間交互過(guò)程的順序圖沒(méi)有影響。在架構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)行為方面，只有添加對(duì)象（AO）和刪除對(duì)象（DO）會(huì)產(chǎn)生影響。AO表示在順序圖中添加一個(gè)新的對(duì)象，一般發(fā)生在系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)新功能或提高架構(gòu)靈活性的情況下。DO表示刪除順序圖中的一個(gè)現(xiàn)有對(duì)象，一般發(fā)生在系統(tǒng)需要移除某功能或降低架構(gòu)復(fù)雜度的情況下。對(duì)于發(fā)生演化的對(duì)象，如果它與其他對(duì)象沒(méi)有交互關(guān)系，則可以認(rèn)為對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有任何意義，因?yàn)檫@種演化不會(huì)影響架構(gòu)的正確性或時(shí)態(tài)屬性。因此，在對(duì)象演化發(fā)生時(shí)，通常會(huì)伴隨相應(yīng)的消息演化，新增相應(yīng)的消息以完成交互，從而影響架構(gòu)的正確性或時(shí)態(tài)屬性。

10.2.2 消息演化

消息是順序圖的核心元素，包含了名稱(chēng)、源對(duì)象、目標(biāo)對(duì)象、時(shí)序等信息。這些信息與其他對(duì)象或消息相關(guān)聯(lián)，會(huì)直接影響對(duì)象之間的交互，從而對(duì)架構(gòu)的正確性或時(shí)態(tài)屬性產(chǎn)生影響。消息的演化可以分為增加消息、刪除消息、交換消息順序、反轉(zhuǎn)消息、改變消息模塊等五種類(lèi)型。消息的演化會(huì)直接影響對(duì)象之間的交互行為，但不一定會(huì)違背約束。演化可分為與當(dāng)前約束無(wú)關(guān)、與約束直接關(guān)聯(lián)但不違背約束、與約束直接關(guān)聯(lián)并違背約束三種類(lèi)型。消息是順序圖的核心內(nèi)容，消息演化是順序圖演化的核心，對(duì)象的演化伴隨著消息演化。復(fù)合片段和約束也基于消息的存在，它們的演化受到消息演化的影響。在進(jìn)行其他演化分析研究的同時(shí)，需要對(duì)相關(guān)的消息演化進(jìn)行分析。

10.2.3 復(fù)合片段演化

復(fù)合片段是描述對(duì)象交互關(guān)系的控制流，與消息一起構(gòu)成順序圖的內(nèi)容。復(fù)合片段有不同的類(lèi)型，包括會(huì)產(chǎn)生分支的和不會(huì)產(chǎn)生分支的。復(fù)合片段的演化可以分為增加、刪除、改變類(lèi)型和改變條件四種類(lèi)型。增加復(fù)合片段會(huì)導(dǎo)致新的控制流分支，刪除復(fù)合片段與增加復(fù)合片段相反，改變類(lèi)型會(huì)改變交互流程，同時(shí)也可能涉及條件和內(nèi)部執(zhí)行序列的變化，改變條件會(huì)影響控制流的觸發(fā)事件。復(fù)合片段的演化會(huì)對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性和時(shí)態(tài)屬性產(chǎn)生影響，因此需要進(jìn)行驗(yàn)證以確保演化后不會(huì)出現(xiàn)意外錯(cuò)誤。

10.2.4 約束演化

順序圖中的約束信息以文字形式存儲(chǔ)在對(duì)象或消息中，通常使用LTL來(lái)描述時(shí)態(tài)屬性約束。約束演化對(duì)應(yīng)著架構(gòu)配置的演化，主要來(lái)源于系統(tǒng)屬性的改變，而約束的改變往往伴隨著消息的改變。約束演化的信息并未存儲(chǔ)于定義的層次自動(dòng)機(jī)中，因?yàn)榧s束缺乏可視化描述的方式，沒(méi)有自動(dòng)機(jī)描述方式。約束演化可以直接添加或刪除約束信息。

• AC（Add Constraint）直接添加新的約束信息，對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接影響，需要檢查當(dāng)前設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足新添加的約束要求。
• DC（Delete Constraint）直接移除某條約束信息，發(fā)生在去除不必要條件時(shí)，一般情況下，架構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)滿(mǎn)足約束的演化。 如果對(duì)約束信息進(jìn)行修改，由于缺乏可視化描述，可以視為刪除原有約束并添加新的約束，不再另行列出

10.3 軟件架構(gòu)演化方式的分類(lèi)

目前，軟件架構(gòu)演化的分類(lèi)方法有多種。以下是三種比較典型的分類(lèi)方法：

1. 基于實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施粒度分類(lèi)：按照軟件架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施粒度進(jìn)行分類(lèi)，包括基于過(guò)程和函數(shù)的演化、面向?qū)ο蟮难莼?、基于組件的演化和基于架構(gòu)的演化。

2. 基于研究方法的分類(lèi)：根據(jù)研究方法將軟件架構(gòu)演化方式分為四類(lèi)。第一類(lèi)是對(duì)演化的支持，例如代碼模塊化的準(zhǔn)則、可維護(hù)性的指示（如內(nèi)聚和耦合）、代碼重構(gòu)等。第二類(lèi)是版本和工程的管理工具，例如CVS和COCOMO。第三類(lèi)是架構(gòu)變換的形式方法，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為變換的模型，以及架構(gòu)演化的重現(xiàn)風(fēng)格等。第四類(lèi)是架構(gòu)演化的成本收益分析，用于決定如何增加系統(tǒng)的彈性。

3. 靜態(tài)演化和動(dòng)態(tài)演化分類(lèi)：按照軟件架構(gòu)的演化過(guò)程是否處于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)期進(jìn)行分類(lèi)。靜態(tài)演化發(fā)生在軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)過(guò)程中，軟件系統(tǒng)還未運(yùn)行或者處于運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)。動(dòng)態(tài)演化發(fā)生在軟件系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中。

本章重點(diǎn)介紹軟件架構(gòu)的靜態(tài)演化和動(dòng)態(tài)演化。

10.3.1 軟件架構(gòu)演化時(shí)期

軟件架構(gòu)演化可以根據(jù)發(fā)生的時(shí)機(jī)和條件進(jìn)行分類(lèi)：

1. 設(shè)計(jì)時(shí)演化：發(fā)生在體系結(jié)構(gòu)模型和相關(guān)代碼編譯之前，修改時(shí)可以不考慮應(yīng)用程序的狀態(tài)，但需要考慮系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

2. 運(yùn)行前演化：發(fā)生在執(zhí)行之前、編譯之后，由于應(yīng)用程序并未執(zhí)行，修改時(shí)可以不考慮應(yīng)用程序的狀態(tài)，但需要考慮系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，且系統(tǒng)需要具有添加和刪除組件的機(jī)制。

3. 有限制運(yùn)行時(shí)演化：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了演化的具體條件，將系統(tǒng)置于“安全”模式下，演化只發(fā)生在某些特定約束滿(mǎn)足時(shí)，可以進(jìn)行一些規(guī)定好的演化操作。

4. 運(yùn)行時(shí)演化：系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)不能滿(mǎn)足要求時(shí)發(fā)生的軟件架構(gòu)演化，包括添加組件、刪除組件、升級(jí)替換組件、改變體系結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。此時(shí)的演化是最難實(shí)現(xiàn)的。

10.3.2 軟件架構(gòu)靜態(tài)演化

軟件架構(gòu)演化可以根據(jù)發(fā)生的時(shí)機(jī)和條件進(jìn)行分類(lèi)。首先是設(shè)計(jì)時(shí)演化，即在體系結(jié)構(gòu)模型和相關(guān)代碼編譯之前進(jìn)行修改。其次是運(yùn)行前演化，即在執(zhí)行之前、編譯之后進(jìn)行修改。然后是有限制運(yùn)行時(shí)演化，即系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了演化的具體條件，只能在特定約束下進(jìn)行操作。最后是運(yùn)行時(shí)演化，即系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)進(jìn)行的演化，包括添加組件、刪除組件、升級(jí)替換組件等操作。

靜態(tài)演化過(guò)程可以看作經(jīng)過(guò)一系列原子演化操作的組合。原子演化操作是指基于UML模型表示的軟件架構(gòu)中在邏輯語(yǔ)義上最小的架構(gòu)修改操作。這些操作包括增加/刪除模塊間的依賴(lài)、增加/刪除模塊間的接口、增加/刪除模塊、拆分/聚合模塊等。每個(gè)原子演化操作都會(huì)對(duì)架構(gòu)產(chǎn)生影響，可能改變架構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)和質(zhì)量屬性。不同的質(zhì)量屬性度量和評(píng)估會(huì)受到不同類(lèi)型的原子演化操作的影響。

在與可維護(hù)性相關(guān)的架構(gòu)演化操作中，模塊間的依賴(lài)關(guān)系、接口和模塊的增加/刪除會(huì)影響架構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)和外部質(zhì)量屬性。而在與可靠性相關(guān)的架構(gòu)演化操作中，消息、交互對(duì)象、消息片段和用例執(zhí)行的增加/刪除/修改會(huì)影響交互場(chǎng)景的可靠程度。

正交軟件架構(gòu)是一種常用的靜態(tài)演化處理方式。通過(guò)對(duì)功能進(jìn)行分層和線(xiàn)索化，形成正交體系結(jié)構(gòu)，使每個(gè)變動(dòng)只影響一條線(xiàn)索，提高了演化的效率。其演化過(guò)程包括需求變動(dòng)歸類(lèi)、架構(gòu)演化計(jì)劃制訂、組件的修改/增加/刪除以及更新組件之間的相互作用等步驟。最終形成演化后的軟件架構(gòu)作為系統(tǒng)更新的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

10.3.3 軟件架構(gòu)動(dòng)態(tài)演化

動(dòng)態(tài)演化是指系統(tǒng)在運(yùn)行期間進(jìn)行的演化，需要在不停止系統(tǒng)功能的情況下完成，相比靜態(tài)演化更加困難。動(dòng)態(tài)演化的需求主要來(lái)自軟件內(nèi)部執(zhí)行導(dǎo)致的體系結(jié)構(gòu)改變和軟件系統(tǒng)外部請(qǐng)求的重配置。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行且具有特殊使命的系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)演化能夠減少更新費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，并增強(qiáng)系統(tǒng)的自定義性和可擴(kuò)展性。

動(dòng)態(tài)演化包括軟件動(dòng)態(tài)性的等級(jí)和動(dòng)態(tài)演化的內(nèi)容。軟件動(dòng)態(tài)性分為交互動(dòng)態(tài)性、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性和架構(gòu)動(dòng)態(tài)性。根據(jù)修改的內(nèi)容不同，軟件的動(dòng)態(tài)演化主要包括屬性改名、行為變化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變和架構(gòu)風(fēng)格變化。目前實(shí)現(xiàn)軟件架構(gòu)動(dòng)態(tài)演化的技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)軟件架構(gòu)（DSA）和動(dòng)態(tài)重配置（DR）。

動(dòng)態(tài)軟件架構(gòu)（DSA）的實(shí)現(xiàn)基本原理是通過(guò)運(yùn)行時(shí)刻的體系結(jié)構(gòu)對(duì)象來(lái)觸發(fā)系統(tǒng)自身的動(dòng)態(tài)調(diào)整，需要提供相關(guān)的監(jiān)控管理機(jī)制和保證演化操作原子性。DSA包括描述語(yǔ)言和演化工具的支持，例如π-ADL、Pilar、LIME等描述語(yǔ)言，以及反射機(jī)制、基于組件操作、π演算和外部體系結(jié)構(gòu)演化管理器等演化工具。

動(dòng)態(tài)軟件架構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例PKUAS是一個(gè)支持Java EE規(guī)范的組件運(yùn)行支撐平臺(tái)，采用微內(nèi)核架構(gòu)，包括容器系統(tǒng)、公共服務(wù)、工具和微內(nèi)核等組件。PKUAS通過(guò)MBean接口對(duì)外提供管理相關(guān)的屬性和操作，滿(mǎn)足了動(dòng)態(tài)演化的需求。

動(dòng)態(tài)重配置主要指在軟件部署之后對(duì)配置信息的修改，常見(jiàn)的模式包括主從模式、中央控制模式、客戶(hù)端/服務(wù)器模式和分布式控制模式。動(dòng)態(tài)重配置的難點(diǎn)包括約束定義困難、性能約束難以靜態(tài)衡量、管理所有方面困難以及維持系統(tǒng)完整性和重配置策略正確和安全性的挑戰(zhàn)。

10.4 軟件架構(gòu)演化原則

本節(jié)介紹了18種軟件架構(gòu)可持續(xù)演化原則以及相應(yīng)的度量方案，主要包括演化成本控制、進(jìn)度可控、風(fēng)險(xiǎn)可控、主體維持、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、平滑演化、目標(biāo)一致、模塊獨(dú)立演化、影響可控、復(fù)雜性可控、有利于重構(gòu)、有利于重用、設(shè)計(jì)原則遵從性、適應(yīng)新技術(shù)、環(huán)境適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)依從性、質(zhì)量向好和適應(yīng)新需求原則。每個(gè)原則都有對(duì)應(yīng)的解釋和用途，以及度量方案來(lái)評(píng)估架構(gòu)演化的效果。這些度量方案能夠幫助評(píng)估架構(gòu)演化的成本、進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、獨(dú)立性、影響、復(fù)雜性、重構(gòu)性、重用性、設(shè)計(jì)原則遵從性、技術(shù)適應(yīng)性、環(huán)境適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)依從性、質(zhì)量改進(jìn)和新需求適應(yīng)性等方面。

10.5 軟件架構(gòu)演化評(píng)估方法

10.5.1 演化過(guò)程已知的評(píng)估

1. 評(píng)估流程：

• 將架構(gòu)度量應(yīng)用到演化過(guò)程中
• 對(duì)演化前后的不同版本的架構(gòu)進(jìn)行度量，得到度量結(jié)果的差值和變化趨勢(shì)
• 計(jì)算架構(gòu)間質(zhì)量屬性距離，對(duì)相關(guān)質(zhì)量屬性進(jìn)行評(píng)估

2. 架構(gòu)演化中間版本度量：

• 對(duì)可維護(hù)性和可靠性進(jìn)行度量，分析演化對(duì)外部質(zhì)量屬性的影響

3. 架構(gòu)質(zhì)量屬性距離：

• 用來(lái)評(píng)估相鄰版本架構(gòu)間質(zhì)量屬性的差異
• 分為可維護(hù)性距離計(jì)算方法和可靠性距離計(jì)算方法
• 應(yīng)針對(duì)同一架構(gòu)的不同演化版本進(jìn)行度量，以保障架構(gòu)能夠持續(xù)健康演化

4. 架構(gòu)演化評(píng)估：

• 基于度量的方法幫助分析架構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)修改對(duì)外部質(zhì)量屬性的影響
• 監(jiān)控演化過(guò)程中架構(gòu)質(zhì)量的變化
• 評(píng)估不同版本架構(gòu)在質(zhì)量屬性上的差異，有利于架構(gòu)維護(hù)及故障定位等。

10.5.2演化過(guò)程未知的評(píng)估

• 當(dāng)架構(gòu)演化過(guò)程未知時(shí)，可以通過(guò)比較演化前后的度量結(jié)果來(lái)推測(cè)架構(gòu)的變化。
• 使用基于度量的方法對(duì)演化前后的架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，得到質(zhì)量屬性的差異并計(jì)算它們之間的距離。
• 分析架構(gòu)演化前后質(zhì)量屬性的變化和距離，推測(cè)可能發(fā)生的演化操作，并找出其影響因素。
• 對(duì)每個(gè)演化操作分析其對(duì)質(zhì)量屬性的影響，并判斷是否符合預(yù)期。
• 若演化操作符合預(yù)期，則說(shuō)明演化完成了任務(wù)；否則需要進(jìn)一步演化來(lái)完善。
  

10.6 大型網(wǎng)站系統(tǒng)架構(gòu)演化實(shí)例

10.6.1 第一階段：?jiǎn)误w架構(gòu)

大型網(wǎng)站是從小型網(wǎng)站發(fā)展而來(lái)，網(wǎng)站架構(gòu)也是一樣，是逐步演化而來(lái)。小型網(wǎng)站最開(kāi)始只需要一臺(tái)服務(wù)器就夠了，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件等所有資源都在一臺(tái)服務(wù)器上，隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展，需要將應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離至不同的服務(wù)器，并進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

10.6.2 第二階段：垂直架構(gòu)

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的發(fā)展，一臺(tái)服務(wù)器無(wú)法滿(mǎn)足需求，需要將應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離至不同的服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器需要更快更強(qiáng)大的處理器速度，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器需要更快的磁盤(pán)和更大的內(nèi)存，文件服務(wù)器需要更大容量的硬盤(pán)。分離后，不同特性的服務(wù)器承擔(dān)不同的服務(wù)角色，網(wǎng)站的并發(fā)處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間得到了改善。但隨著用戶(hù)逐漸增多，數(shù)據(jù)壓力太大導(dǎo)致訪(fǎng)問(wèn)延遲，需要進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)站架構(gòu)。

10.6.3 第三階段：使用緩存改善網(wǎng)站性能

網(wǎng)站訪(fǎng)問(wèn)的特點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)世界的財(cái)富分配一樣，遵循二八定律。為了減少數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)壓力，提高整個(gè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)速度，改善數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)入性能，可以將一小部分?jǐn)?shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中，使用本地緩存和遠(yuǎn)程分布式緩存。本地緩存訪(fǎng)問(wèn)速度更快但受服務(wù)器內(nèi)存限制；遠(yuǎn)程分布式緩存可以做到不受內(nèi)存容量限制的緩存服務(wù)。然而，在網(wǎng)站訪(fǎng)問(wèn)高峰期，單一應(yīng)用服務(wù)器能夠處理的請(qǐng)求連接有限，成為整個(gè)網(wǎng)站的瓶頸。

10.6.4 第四階段：使用服務(wù)集群改善網(wǎng)站并發(fā)處理能力

使用集群是網(wǎng)站解決高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)問(wèn)題的常用手段。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)站持續(xù)增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求時(shí)，增加一臺(tái)服務(wù)器分擔(dān)原有服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)及存儲(chǔ)壓力是更恰當(dāng)?shù)淖龇?。這種方式可以持續(xù)增加服務(wù)器不斷改善系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性。應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集群是網(wǎng)站可伸縮架構(gòu)設(shè)計(jì)中較為簡(jiǎn)單成熟的一種。

10.6.5 第五階段：數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離

通過(guò)使用緩存，網(wǎng)站可以減少對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀操作，但仍有一部分讀操作和全部寫(xiě)操作需要訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)網(wǎng)站用戶(hù)規(guī)模變大時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)可能成為瓶頸。為了改善數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載壓力，可以利用主從熱備功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離。應(yīng)用服務(wù)器在寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)主數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)主從復(fù)制機(jī)制將數(shù)據(jù)同步到從數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，在應(yīng)用服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接從從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取。為了方便應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)讀寫(xiě)分離后的數(shù)據(jù)庫(kù)，通常會(huì)在應(yīng)用服務(wù)器端使用專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)模塊，使數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離對(duì)應(yīng)用透明化。

10.6.6 第六階段：使用反向代理和CDN加速網(wǎng)站響應(yīng)

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)發(fā)展和不同地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，網(wǎng)站訪(fǎng)問(wèn)速度越來(lái)越慢，影響用戶(hù)體驗(yàn)和流失率。為了提高網(wǎng)站訪(fǎng)問(wèn)速度，留住用戶(hù)，可以使用CDN和反向代理兩種方式。CDN部署在網(wǎng)絡(luò)提供商機(jī)房，使用戶(hù)可以從距離自己最近的機(jī)房獲取數(shù)據(jù)；反向代理部署在網(wǎng)站中心機(jī)房，當(dāng)用戶(hù)請(qǐng)求到達(dá)中心機(jī)房后，首先訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)器是反向代理服務(wù)器，如果緩存中有用戶(hù)請(qǐng)求的資源，就將其直接返回給用戶(hù)。使用CDN和反向代理的目的都是加快用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)速度并減輕服務(wù)器負(fù)載壓力。

10.6.7 第七階段：使用分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

對(duì)于大型網(wǎng)站持續(xù)增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，單一服務(wù)器無(wú)法滿(mǎn)足要求。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離可以將一臺(tái)服務(wù)器拆分為兩臺(tái)，但隨著業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，需要使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式文件系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是最后的選擇，通常在單表數(shù)據(jù)規(guī)模非常大時(shí)使用。網(wǎng)站更常用的數(shù)據(jù)庫(kù)拆分方式是業(yè)務(wù)分庫(kù)，將不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)部署在不同的物理服務(wù)器上。

10.6.8 第八階段：使用NoSQL和搜索引擎

隨著網(wǎng)站業(yè)務(wù)的復(fù)雜化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索需求也變得復(fù)雜。為了滿(mǎn)足這些需求，網(wǎng)站需要采用NoSQL和搜索引擎等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。這些技術(shù)具有分布式特性和可伸縮性，能更好地支持網(wǎng)站的發(fā)展。通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)模塊，應(yīng)用服務(wù)器可以方便地訪(fǎng)問(wèn)各種數(shù)據(jù)源，減輕了應(yīng)用程序管理多個(gè)數(shù)據(jù)源的負(fù)擔(dān)。

10.6.9 第九階段：業(yè)務(wù)拆分

為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，大型網(wǎng)站采用分而治之的策略，將整個(gè)網(wǎng)站業(yè)務(wù)劃分為不同的產(chǎn)品線(xiàn)。例如，購(gòu)物交易網(wǎng)站會(huì)將首頁(yè)、商鋪、訂單、買(mǎi)家和賣(mài)家等功能劃分為不同的產(chǎn)品線(xiàn)，并由不同的業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。
從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，根據(jù)產(chǎn)品線(xiàn)的劃分，將網(wǎng)站拆分為多個(gè)獨(dú)立部署的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用程序可以通過(guò)超鏈接建立關(guān)聯(lián)（例如首頁(yè)上的導(dǎo)航鏈接指向不同的應(yīng)用程序地址），也可以通過(guò)消息隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)。此外，這些應(yīng)用程序通常訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，以構(gòu)建一個(gè)關(guān)聯(lián)的完整系統(tǒng)。

10.6.10 第十階段：分布式服務(wù)

隨著業(yè)務(wù)拆分越來(lái)越細(xì)致，存儲(chǔ)系統(tǒng)變得龐大，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜度指數(shù)級(jí)增加，部署和維護(hù)變得更加困難。在大型網(wǎng)站中，由于每個(gè)應(yīng)用都要與所有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行連接，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源不足，從而引發(fā)拒絕服務(wù)問(wèn)題。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以將共享的業(yè)務(wù)操作單獨(dú)提取出來(lái)，獨(dú)立部署。這些可復(fù)用的業(yè)務(wù)通過(guò)連接數(shù)據(jù)庫(kù)提供共享業(yè)務(wù)服務(wù)，而應(yīng)用系統(tǒng)只需要管理用戶(hù)界面，并通過(guò)分布式服務(wù)調(diào)用共享業(yè)務(wù)服務(wù)來(lái)完成具體的業(yè)務(wù)操作。

通過(guò)這種架構(gòu)，大型網(wǎng)站可以解決大部分技術(shù)問(wèn)題，包括跨數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步和與特定網(wǎng)站業(yè)務(wù)相關(guān)的問(wèn)題，可以通過(guò)組合改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)架構(gòu)來(lái)解決。

10.7 軟件架構(gòu)維護(hù)

軟件架構(gòu)是軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中的重要組成部分，它連接了軟件需求和設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系。軟件架構(gòu)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)包括多個(gè)環(huán)節(jié)，如導(dǎo)出架構(gòu)需求、架構(gòu)開(kāi)發(fā)、架構(gòu)文檔化、架構(gòu)分析、架構(gòu)實(shí)現(xiàn)和架構(gòu)維護(hù)。

軟件架構(gòu)的維護(hù)與演化是緊密關(guān)聯(lián)的，維護(hù)需要跟蹤和控制軟件架構(gòu)的演化過(guò)程，以確保其能夠滿(mǎn)足需求。架構(gòu)維護(hù)可以被看作是架構(gòu)演化的一部分。

在軟件架構(gòu)維護(hù)過(guò)程中，通常涉及架構(gòu)知識(shí)管理、架構(gòu)修改管理和架構(gòu)版本管理等內(nèi)容。這些內(nèi)容對(duì)于保障軟件架構(gòu)的質(zhì)量和演化過(guò)程的可控性至關(guān)重要。

10.7.1 軟件架構(gòu)知識(shí)管理

軟件架構(gòu)知識(shí)管理旨在記錄和評(píng)價(jià)架構(gòu)設(shè)計(jì)決策，以幫助維護(hù)和演化架構(gòu)。然而，目前存在一些問(wèn)題，包括缺乏整理策略、文檔化動(dòng)機(jī)不足以及知識(shí)分享不充分。

架構(gòu)知識(shí)的定義包括架構(gòu)設(shè)計(jì)和架構(gòu)設(shè)計(jì)決策，而架構(gòu)知識(shí)管理的目標(biāo)是捕捉架構(gòu)知識(shí)并提供設(shè)計(jì)依據(jù)以進(jìn)行記錄和評(píng)價(jià)。

架構(gòu)知識(shí)管理的需求在于提高架構(gòu)知識(shí)的可獲得性，并防止架構(gòu)知識(shí)的丟失和流失。

然而，當(dāng)前的實(shí)踐存在問(wèn)題，如缺乏實(shí)用的整理策略、文檔化動(dòng)機(jī)不足和知識(shí)分享不足。這些問(wèn)題導(dǎo)致架構(gòu)知識(shí)無(wú)法在組織中得到充分的分享和應(yīng)用。

10.7.2 軟件架構(gòu)修改管理

在軟件架構(gòu)修改管理中，建立一個(gè)隔離區(qū)域 (RoQ) 是重要的做法。這保證了在 RoQ 中進(jìn)行的修改不會(huì)對(duì)其他部分產(chǎn)生影響。為此，需要確定修改規(guī)則、類(lèi)型和可能的影響范圍和副作用等。

10.7.3 軟件架構(gòu)版本管理

軟件架構(gòu)版本管理為架構(gòu)演化提供依據(jù)，可以控制、使用和評(píng)價(jià)架構(gòu)的不同版本。例如，王映輝等人提出了一種基于組件-連接件模型的方法，通過(guò)鄰接矩陣和可達(dá)矩陣分析和量化了靜態(tài)演化中的波及效應(yīng)，并計(jì)算了組件在架構(gòu)中的貢獻(xiàn)大小。他們還提出了動(dòng)態(tài)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型，用于分析動(dòng)態(tài)演化中的收斂情況，并給出了描述演化過(guò)程的鄰接矩陣序列。這些方法為架構(gòu)演化的分析提供了框架。

10.7.4 軟件架構(gòu)可維護(hù)性度量實(shí)踐

首先，將組件圖導(dǎo)出為XML文件，并解析出評(píng)估所需的數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)可維護(hù)性的六個(gè)子度量指標(biāo)，計(jì)算每個(gè)組件的度量結(jié)果。其中包括圈復(fù)雜度、扇入扇出度、模塊間耦合度、模塊的響應(yīng)以及緊內(nèi)聚度和松內(nèi)聚度。最后，根據(jù)每個(gè)組件的度量結(jié)果計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的度量結(jié)果。根據(jù)結(jié)果分析可知，圈復(fù)雜度、扇入扇出度、模塊間耦合度、模塊的響應(yīng)等指標(biāo)都與組件的關(guān)聯(lián)關(guān)系和依賴(lài)關(guān)系有關(guān)。同時(shí)，高內(nèi)聚度和低耦合度是設(shè)計(jì)良好的架構(gòu)的目標(biāo)。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-801366.html

到了這里，關(guān)于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師教程（十）軟件可靠性基礎(chǔ)知識(shí)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！