细数软件架构中的解耦

1. 架构的定义

架构是软件方法学的范畴，它解决的是软件组织的问题，不解决软件算法的问题。两者的区别可用下图的积木做个类比：

算法就像一个个的积木块，比如绿色的圆柱，蓝色的三角，红色的方块等。而架构则是把各种积木块，组装成一个城堡，一辆小火车。为搭建这个城堡或小火车，架构师脑子里得有张图纸，图纸里既要定义需要哪些形形色色的积木块，又要考虑如何将它们组装起来。这工作很像建筑师，英文也的确叫 architect。

这样类比，很容易让不太理解技术的企业家们陷入误区，会觉得架构师要比算法工程师更厉害？其实不然，这是两个细分领域的才能。不知道您注意到小火车车头上的烟囱没？它是一个像鸡腿菇一样的弧线造型，浇灌出这种造型的模子，要比三角形和方块形要难很多，它需要更深奥的几何学的支撑，这可以形象的看做是算法工程师解决的问题。

2. 架构的意义

架构解决软件组织的问题，它能给企业创造什么价值？换句话说，好的软件组织，跟差的软件组织，从商业价值创造的角度，有什么不同？笔者以为架构的价值体现在可用性和敏捷性两个角度，但今天要讲的是敏捷性。敏捷性指的是快速、低成本、高质量地应对扩张市场的差异化需求。企业在初创期积累了不少软件资产，这些资产在当初的市场环境下，已被论证取得了市场业绩。但是伴随着企业扩张，市场会更加精细化、场景化，这些都会给我们的软件提出新的需求，企业需要借助前些年在这个领域积累的先发优势，一方面快速占领细分的市场；另一方面复用曾经积累的资产，发挥资产的规模经济效应。

比如京东电商，从高价值、标准化的 3C 数码起家，建立起自营电商模式；紧接着开始扩品，做低价值、但高频次、依然标准化的日用百货圈用户粘性；再做相对非标的服装发展女性用户和生态模式等，直指行业竞争的关键区；除了扩品还伴随着场景扩张，诸如 2B 企业业务、下沉市场拼购业务、泰国印尼国际业务等。供给角度的品类扩张，需求角度的场景扩张，构成了京东矩阵式垂直业务线。它们正是复用了零售中台的软件基础设施，才在一定程度上做到了快速扩张。

3. 架构的灵魂

既然软件组织的价值如此重要，那么好的软件组织的标准是什么呢？又该如何做到呢？好坏的标准在解耦。解耦的对立面是耦合，耦合是指阻碍变化的依赖；解耦是要在依赖的基础上，做到应对可能的变化。依赖是必不可少的，依赖的本质是分工，正如亚当斯密的《国富论》论述的那样，分工有助于专业化、有助于提高效率。太抽象了！说了这么多，没讲清楚解耦是什么。的确，笔者也认为这样的解释只能让已经理解了的人再表示一次赞同，无法让原本不理解的人变得理解，这样毫无意义！我该如何诠释？事实上，很多真理是建立在归纳法基础上的。归纳法的好处是见得多了自然就会（归纳似乎是人脑的一种本能），比如诗词，只要熟读唐诗三百首，不会吟诗也会吟。不信你看，先来一篇叫“大漠孤烟直”的，没啥概念；再读一篇叫“空山新雨后”的，有点感觉了；最后“小桥流水人家”你自己就会了。如何写出点有意境的诗，你张口就来“床前明月光”，还不是自己写的？如果你去到草原晚上触景生情，即兴来上一句“明月篝火烤肥羊”，就能媲美“日照香炉生紫烟”了。所以笔者觉得，最好的方式就是细数那些软件架构中的解耦，让读者从铺陈式的实例中，自己找感觉。

笔者分 3 类 6 组（每类分进程内的应用层和进程间的架构层）给大家举例：

外加中间的 Naming 解析与 Proxy 代理融合的 CNAME 别名，总共 7 个案例。

中间层映射

中间层映射的设计理念是当 A 对 B 有依赖时，A 不要直接依赖 B，而是抽象一个中间层，让 A 依赖中间层，再由中间层映射到 B，从而当 B 变成 C 时，不用修改 A，只用调整中间层的映射关系。中间层映射，在应用层表现为面向接口动态绑定，在架构层表现为 Naming 解析动态绑定。

应用层 - 面向接口动态绑定

面向接口编程的核心思想是“先想清楚做什么，再想让谁来做”。什么叫想清楚了做什么？就是用接口的形式，描述输入什么，输出什么；但接口更多描述的是语法层面，语义层面的刻画还需配合单元测试及其断言（技术上叫 Test Driven），还有文档。这跟企业家们常读的《高效能人士的 7 个习惯》里面讲的“以终为始”，思想上如出一辙。让谁来做？就涉及到运行时动态绑定。比如下图：

在 Java 面向对象的语言里，使用方通过 Provider 接口 Response doService(Request r) 来对外刻画它的招标文件。然后三个供应方，LocalProvider、RemoteProvider 和 AsyncProvider 来应标。使用方只使用 Provider 接口，至于它跟哪个具体的 Provider 绑定，完全可以在“采购”时刻动态替换。

面向接口动态绑定的解耦，体现在使用方把依赖的服务抽象为一个接口，依赖这个抽象的接口，而不依赖于具体的服务提供者，以便应对服务提供者变化的可能性。

架构层 -Naming 解析动态绑定

上图是域名服务 DNS 的示意流程。客户端并不直接通过 IP 地址来访问 Provider#A 或 B，而是先询问 Naming 服务，并依据返回的服务列表，再访问 Provider#A 或 B。如果某个 Provider 故障了，可以替换转移到其他的 Provider。出于性能考虑，也可以在客户端把 Naming 的结果缓存起来，并配个缓存更新机制。

基于 ZooKeeper 的应用层名字服务，思想上类似 DNS。不同的是，它基于 TCP 长链接来实现 Server Push，可及时刷新服务列表。

Naming 解析动态绑定的解耦，体现在使用方把依赖的对象或网络进程，抽象为一个名字，名字代表的具体服务提供者则通过 Lookup 机制返回，进而做到如果提供者有变化，只要改变 Lookup 的结果，无需改变使用方代码。

前后节植入

前后节植入的设计理念是服务器是流程的集合，流程是环节的序列。改变一个流程的行为，可以通过在其前后植入一个新环节来实现。前后节植入，在应用层表现为 Chain 拦截模式，在架构层表现为 Proxy 代理模式。

应用层 -Chain 拦截模式

上图是 Strtus2 的架构，每个 Action 的执行，都会被包裹在一系列 Interceptor 里面，形成一条处理链 Chain，每个 Interceptor 会进行 PreHandler 和 PostHandler 处理。这里的 Interceptor 可以增加、删除或替换，以此实现可拓展性。比如可以在 Interceptor 里做鉴权、日志、性能统计、限流等。

Chain 插拔的动态绑定，通过增删替 Interceptor，把过去 URL 与 Action 的 1:1 的处理关系，转变成了 M:N 的处理链。一类请求（某个 URL），可以被多个 Interceptor 处理；一个 Interceptor 也可以处理多类请求。

顺便说一下，Strtus2 这里说的“动态绑定”，是配置相对硬编码而言的。严格意义上，这里的绑定是编译期的，不是运行期的，是静态的绑定。类似的架构还有 Spring AOP 和 Servlet Filters 机制。

架构层 -Proxy 代理模式

上图是一个 Proxy 架构模式，这个应用极其广泛。比如 HTTP 的 Nginx，SQL 的 Apache Calcite，memcached 和 redis 的 twitter/twemproxy。为什么？因为 Proxy 对于 Backend 而言就是流量入口，是中间人，能扮演架构层面的 AOP 机制，可拓展性非常强。

当一个请求过来后，刚开始 Proxy 转发给 Backend#A。但是业务发展了，Proxy 也可以转发给 Backend#B 以实现负载均衡，更重要的是 A 和 B 还可以不同的版本，以实现灰度发布。还可以植入 PrePlugin 和 PostPlugin：

在 PrePlugin 里可以做权限控制、流量控制、请求改写、缓存加速、恶意流量拦截、PV 统计、性能 Profile、ChaosMonkey 混沌事件植入等等。

在 PostPlugin 里，还可以做响应报文改写，安全加密（后端不用考虑数据安全，对外时统一加密处理）、压缩加速等等。

两者融合的实例 -CNAME 别名

上图是一种混合模式：既有 Naming 解析，又有 Proxy 代理。而且 Naming 服务，为了支持可拓展，还引入了父子层级，末端的 Naming 服务，完全可以委托给上一层级的 Naming 服务。

在 DNS 里面，我们经常会看到 www.example.org 的域名解析，CNAME 别名到 www.example.org.cdnprovider.com （它是 cdnprovider.com 的子域名），这样客户端不用修改，依然访问的是 www.example.org ，但是对应的后端服务，却不再是直接访问 Provider#A 或 B，而是中间植入了 CNAME Proxy，再由 Proxy 依据 Plugin 的决策，是否转发给问 Provider#A 或 B。

这个设计太棒了！它使得商业公司 cdnprovider.com 给 www.example.org 提供 CDN 服务时，完全是零侵入，不需要修改任何一段代码，只需要在域名服务商那修改 www.example.org 的域名解析，这个操作代表 www.example.org 同意 cdnprovider.com 为他们提供 CDN 服务，代表授权。这一切，都源于基于 Naming 解析的动态绑定实现的解耦。同样的，除了 CDN，我们的恶意流量清洗、灰度发布、性能分析等都可以采用这种方式，实现零侵入插拔。

4. 事件流订阅

事件流订阅的设计理念是将瞬间的过程化调用转变成可回放的指令，对指令的响应可以不用再预定义。事件流订阅，在应用层表现为 Mediator 中介模式，在架构层表现为 Broker 消息模式。

应用层 -Mediator 中介模式

A 直接调用 B，意味着 A 对 B 产生了强依赖。当然我们可以通过面向接口编程，把这个依赖降低，降低到只依赖接口，不依赖实现。简单说，我们只依赖对事情的处理结果，不依赖于如何实现这个处理结果。

但是这还不够，因为我们还依赖了接口，接口意味着对处理语义的刻画。现实中有些情况，连语义的描述都要发生变化，也就是接口都要发生变化，如何进一步解耦呢？如下图：

A 不直接调用 B，而通过中介 Mediator，解耦两步：

• 先由 A 调用 Mediator: A 持有 Mediator 的引用，执行 Mediator 的方法，即 mediator.publish(e)。
• 再由 Mediator 调用 B: 为了解耦 Mediator 对外界的依赖，我们用面向接口 EventHandler 来实现依赖反转。让 B 来实现 EventHandler，当然如果 B 已经存在，或更有话语权，依然应该遵循依赖反转的原则，只不过 Mediator 模式的推进方可以再实现一个 Adaptor，来帮助既有的 B 适配到 EventHandler。

有了上述的设计模式后，具体的执行分三步：

• 订阅：通过 mediator.subscribe(b) 把未来的事件处理提前注册到 Mediator。
• 发布：A 向 Mediator 发布自己的事件。注意这个理念特别重要，A 仅仅发布发生了什么事情，A 并没有直接调用 B 声明对事情的处理。也就是 A 连对 B 的接口都不再依赖了！举个例子，比如新员工入职，刚开始要为员工办理磁条卡，只是办理磁条卡的供应商可能是甲，也可能是乙。这叫面向接口编程，但这还不够，因为随着公司的发展，现在新员工入职，有人脸识别了，不用再办磁条卡了，而是要登记人脸识别，另外员工福利更好了，对异地公干的新员工入职还会发放一笔安家费，这些都是之前的“接口”没有描述的。
• 执行：当 mediator 收到 A 的事件后（A 调用了 mediator.publish(e)），mediator 会通过 EventHandler 来回调预先通过 mediator.subscribe(b) 注册的处理类。

上述 Mediator，有些局限性，对所有的 Event，只能有一种 EventHandler。如果我们把 Mediator 升级为一种通用的处理机制，一种平台，自然会有各种各样的 Event，自然会我们会对 Event 做个分类或分组。我们把 Event 的分类或分组，叫做 Topic；而把 Event 理解为 Topic 这个类里面的具体实例。并在 Mediator 里面维护，从 Topic 到 EventHandler 的一组处理器。如下图所示：

可以看到上述架构通过 Map<Topic, List> resolver 来维护从 Topic 到 EventHandler 的一组处理。为什么是 List，而不是 EventHandler 呢？为了更加灵活，比如上文提到的「现在新员工入职，有人脸识别了，不用再办磁条卡了，而是要登记人脸识别，另外员工福利更好了，对异地公干的新员工入职还会发放一笔安家费」。

架构层 -Broker 消息模式

上图的 Broker 模式，跟 Mediator 模式其实没有本质的不同，只不过 Broker 更加突出了借助消息中间件 MQ 实现异步。客户端提交一个委托，Broker 持久化完成，并回复 ACK，表示委托已收到。接着委托的消费处理，可以是离线的。通常需要支持 Group 机制：Group 内部多个 Instance 是负载均衡的，它们共同瓜分委托消息的处理；而 Group 间是冗余复制的，它们各自消费各自的，相互之间隔离，有助于实现业务可拓展性。