10 个常用的软件架构模式

你是否曾经思考过如何设计大型的企业级系统？在决定启动软件开发之前，首要的是选择恰当的架构来指引系统的功能及质量属性设计。因此在将软件架构应用于设计之前，必需要了解常用的架构模式。

什么是架构模式?

Wikipedia 的解释：

在软件架构中，架构模式是对特定环境下常见问题的通用且可重用的解决方案。架构模式与软件设计模式很相似，但架构模式的层次更高，且外延更大。

这篇文章将简述常见的 10 种架构模式的概念、用法以及其优缺点。

1. 分层模式(Layered pattern)

2. 客户端／服务器模式(Client-server pattern)

3. 主／从模式(Master-slave pattern)

4. 管道／过滤器模式(Pipe-filter pattern)

5. 代理模式(Broker pattern)

6. 对等模式(Peer-to-peer pattern)

7. 事件总线模式(Event-bus pattern)

8. 模型／视图／控制器(MVC)模式(Model-view-controller pattern)

9. 黑板模式(Blackboard pattern)

10. 解析器模式(Interpreter pattern)

1. 分层模式(Layered pattern)

分层模式用于对结构化设计的软件进行层次拆解，每个层次为独立的抽象，为其上层抽象提供服务。

系统通常被拆分为以下四个层次：

• 表示层（也称为 UI 层）

• 应用层（也称为服务层）

• 业务逻辑层（也称为领域层）

• 数据访问层（也称为持久化层）

使用场景

• 通用桌面应用程序

• 电子商务 Web 应用

2. 客户端／服务器模式(Client-server pattern)

客户端／服务器模式由两个部分构成：一个服务器与多个客户端。服务器组件同时为多个客户端组件提供服务。客户端向服务器发启服务请求，服务器将相应服务信息回应给客户端。此外，服务器持续监听来自客户端的请求。

使用场景

• 电子邮件、文件共享及银行业务等在线应用

3. 主／从模式(Master-slave pattern)

主／从模式由两个部分构成：主设备与从设备。主服务组件将作业分发给多个从设备组件，并根据这些从设备反馈的结果，计算生成最终结果。

使用场景

• 数据库复制，主数据库被认定为权威数据源，各从数据库与主数据保持同步

• 在计算机系统中通过总线互连的各设备（包括主设备与从设备）

4. 管道／过滤器模式(Pipe-filter pattern)

管道／过滤器模式用于构造用于生成及处理数据流的系统。每个处理过程都封装在过滤器（filter）组件之中，要处理的数据通过管道(pips)进行投递。管道同时用于作为过滤器（filter）间的缓冲及同步。

使用场景

• 编译器，一系列的过滤器用于词法分析、语法分析、语义分析及代码生成

• 生物信息学的工作流

5. 代理模式（Broker pattern）

代理模式用于在结构化系统中对组件解耦。系统内各组件间采用远过程调用（remote service invocations）的方式交互。 代理（Broker） 组件充当组件间通讯的协调角色。

提供服务的组件将其能力（服务以及特性）发布给代理，客户端均向代理请求服务，由代理将请求重定向到先前已发布过对应服务的组件进行处理。

使用场景

• 消息中间件软件：Apache ActiveMQ，Apache Kafka，RabbitMQ 与 JBoss 等等

6. 对等模式(Peer-to-peer pattern)

对等模式中的组件称之为对等体（peer），对等体既作为向其他对等体请求服务的客户端，同时也做为响应其他对等体请求的服务端。对等体可以在运行过程中动态地改变其角色，即，既可以单独做为客户端或服务端运行，又可同时作为客户端与服务端运行。

使用场景

• 网络文件共享： Gnutella 与 G2 )

• 流媒体协议： P2PTV 与 PDTP .

• 流媒体应用： Spotify .

7. 事件总线模式（Event-bus pattern）

事件总线模式应用于事件处理，主要由四个组件构成： 事件源（event source），事件侦听者（event listener），通道（Channel）以及总线（event bus） 。 事件源将消息发布到总线的特定通道，侦听者订阅相应的通道，事件源所发布的消息经通道通告给订阅通道的侦听者。

使用场景

• Android 开发

• 通告（Notification）服务

8. 模型／视图／控制器(MVC)模式（Model-view-controller pattern）

模型／视图／控制器模式（简称 MVC 模式）将交互式应用程序拆分为三个部分：

1. 模型（model） – 包含核心功能及数据

2. 视图（view） – 呈现信息给用户（通过有多个视图）

3. 控制器（controller） – 处理用户的输入操作

MVC 模式通过将内部信息表示、用户信息呈现以及用户操作接收分开的方式解耦组件，实现高效代码重用。

使用场景

• 主流开发语言所构建的互联网网页应用架构

• Django 与 Rails 等网页应用开发框架

9. 黑板模式（Blackboard pattern）

黑板模式适用于无预知确定解决策略的问题，主要由三个组件构成：

• 黑板（blackboard） – 用于存储解空间对象的结构化全局内存

• 知识（knowledge） 源 – 能自表意的专用模块

• 控制（control） 组件 – 选择、配置与执行的模块

所有的组件均能访问黑板，组件可将新生成的数据对象写入黑板，也可以通过模式匹配从黑板中获取知识源所生成的特定数据。

使用场景

• 语音识别

• 车辆识别和追踪

• 蛋白质的结构鉴定

• 声纳信号解析

10. 解析器模式（Interpreter pattern）

解析器模式用于设计语言的解析程序，主要用于指定评估程序代码行，即解析出特定语言的语句与表达式，其核心思想是为语言的每个符号定义相应的类。

使用场景

• SQL 等数据库查询语言

• 通讯协议描述语言

上述架构模式的对比

下表格总结了各架构模式的优缺点