数字时代应用程序开发的四种架构选择

我们都熟悉三层应用程序架构，这是一种客户端-服务器架构，典型结构包括表示层、应用程序层和数据库层。

它具有用户界面、业务/数据访问逻辑以及数据访问功能。许多企业应用程序都是使用这种简单的三层应用程序架构创建的。

简单来说，三层应用模型已经过时。它是在公有云和移动应用普及之前设计的，因此在适应云环境方面存在困难。

随着时间的推移，应用程序可能会变得过于庞大和复杂，难以进行频繁修改。不仅如此，它还需要维护至少三层硬件和软件，这对于企业来说可能效率低下。

三层应用模型也常被称为单体架构。如今，我们有多种新的架构模型，下面将介绍一些在云时代可用的架构选项。

在云模型中，作为一组服务和数据构建的复杂应用程序与应用本身完全解耦。微服务是一种将应用程序结构化为一组服务的架构风格。每个服务可以使用不同的编程语言编写，并且可以单独测试。它们可以独立部署，并围绕业务能力进行组织。

以使用微服务架构开发的电子商务应用为例。每个微服务可以专注于单一的业务能力（例如购物车、搜索、客户评价）。这些微服务可以是用不同编程语言编写的独立服务，部署在不同的基础设施上，并由不同的团队进行管理。

每个服务通过轻量级协议与其他服务进行通信。对于三层架构，我们都熟悉模型-视图-控制器 (MVC) 框架。Sidecar、Ambassador 和 Adapter 是支持微服务架构的一些框架。

微服务架构与单体架构

在单体架构中，所有这些组件作为单一模块共存，主要由一个团队管理，一切都捆绑在一起。如果需要更新，就必须部署整个应用程序，这会使较大复杂应用的变更变慢。对于较小的应用程序，单体架构通常是最佳解决方案。

微服务、容器和 Kubernetes

创建和运行微服务应用程序架构的最佳选择之一是使用容器。容器封装了应用程序的轻量级虚拟化运行环境，并允许您将应用程序从开发者的桌面一直迁移到生产部署环境。您可以在大多数可用操作系统的虚拟机或物理机上运行容器。容器提供了一个一致的软件环境，您可以将应用程序的所有依赖项封装成一个可部署的单元。容器可以在笔记本电脑、裸机服务器或公有云中运行。

许多组织使用 Kubernetes 来管理容器，并确保不会出现停机时间。Kubernetes 提供跨多个主机的容器编排，并用于容器生命周期管理。您可以使用 Kubernetes 实现自动化部署、应用程序自动扩展，并实现快速构建与快速交付。

要更深入地了解 Kubernetes，请观看视频“Kubernetes 讲解”：

Red Hat OpenShift 是最受欢迎的领先混合云企业容器平台之一。许多云供应商提供容器即服务 (CaaS)。其他一些可用的 Kubernetes 引擎包括 IBM Cloud Kubernetes Service、开源 Kubernetes、AWS（EKS、ECS 和 Fargate）、Google GKS 和 Azure AKS。

通常，每个微服务由不同的小团队构建，团队可自行选择编程语言和部署计划。企业使用像 Istio 这样的服务网格来管理微服务之间的通信和整体管理。在服务网格中，请求会通过微服务之间的代理（如 Sidecar）进行路由。

云原生架构专为计划在云中部署的应用程序而设计，微服务是其中的关键部分。

云原生是一种构建和运行应用的方法，它充分利用了云计算交付模型的优势。云原生是一个用于描述基于容器的环境的术语，它指的是如何创建和部署应用程序，而不是在何处创建和部署。

云原生技术使我们能够在公有云、私有云和混合云中运行应用程序。云原生开发对于快速将应用推向市场至关重要；它帮助人员、流程和技术共同构建、部署和管理适合云环境的应用。

云原生架构模型使用 DevOps、持续集成 (CI)、持续交付 (CD)、微服务和容器。大多数企业使用十二要素方法来设计可扩展且稳健的云原生应用。

在云环境中，应用程序必须能够在多个节点上并行运行、共享配置/会话状态、具备集中式日志机制，并能够通过 DevOps 和 CI/CD 流程进行部署。许多云服务提供商都提供了云原生开发指南，Amazon Web Services (AWS) 有构建良好的框架，Google 提供了关于如何构建云原生应用的多种指南，Microsoft Azure 则有云模式指南。

通常，云原生应用本质上是无状态的。这些服务使用基于 REST 的协议或消息传递相互通信。API 网关、容器注册表、面向消息的中间件（MOM：发布/订阅或请求/响应）、服务网格以及编排机制都可能是云原生架构的一部分。

事件驱动架构 (EDA) 基于解耦系统，根据事件触发运行。事件驱动架构使用事件来触发和在解耦的服务之间进行通信。EDA 已经存在了很长时间，但在云环境中，其相关性和应用场景变得更加突出。

那么，新颖之处是什么呢？如果得到恰当使用，它可以显著提升敏捷性、节约成本并带来运营优势。分布式无服务器 EDA 可以执行称为函数的代码，这些函数会根据 REST API 或事件触发器自动扩展。

对于无服务器架构，不需要进行服务器管理。无服务器模型还可以快速扩展（因此可以快速更新和部署），而且它是无状态的。

以下是不同云供应商目前提供的一些无服务器云服务：

无服务器架构的类型

• 功能即服务 (FaaS)：将功能上传到云端，让这些功能独立执行。
• 后端即服务 (BaaS)：利用来自第三方的服务，例如应用程序管理、数据库管理和云存储空间。
• 移动后端即服务 (MBaaS)：移动应用程序的功能。

如何让单体应用在云环境中良好运行？基于云的架构最适合构建现代 Web 应用程序（静态/动态网站）、部署 Web 应用程序、连接数据库以及分析用户行为。

传统的云应用架构包括负载均衡器、Web 服务器、应用服务器和数据库。它可以从云功能中获益，例如资源弹性、软件定义网络、自动调配、高可用性和可扩展性。

这种架构非常适合那些无需担心服务器维护的组织。无服务器函数支持多种编程语言，例如 PHP、Java、.NET、Node.js、Python、Ruby、Docker 和 Go。

API Gateway 是一项重要服务，可以让开发人员轻松创建和发布安全的 API。API 将作为应用程序访问数据和业务逻辑的“前门”。它还负责授权和访问控制。开发人员使用 API Gateway 为不同的 API 调用来调用不同的无服务器架构函数。

您在选择架构模型时做出的决策可能会影响项目的成败。您应根据您的应用程序和非功能性需求做出选择。例如，当您只想旅行几英里时，就不会选择飞机交通方式。

为应用程序项目选择架构之前，请考虑以下事项：

• 是单体优先还是微服务优先？（对于应用程序需求简单的较小项目，单体可能是一个正确的选择。）
• 您的团队是否已准备好使用微服务？
• 您的团队是否拥有基于云的 DevOps 和 CI/CD 流程？
• 您的托管模式是什么？私有、公有、混合？
• 应用程序架构如何影响您的项目？
• 多种架构模型的组合是否适合您？
• 您的应用程序是否需要持久化和会话功能？

Web 应用程序架构不断发展，以满足数字化业务需求和不断变化的IT基础设施环境。人工智能、分析、自动化、先进机器人技术、边缘计算、区块链、物联网 (IoT) 和 API 等技术正在重新定义许多行业的可能性。基础设施、应用程序和数据规模日益复杂，需要采用新的架构方法。大多数企业通过使用一个或多个云供应商，采用多云策略。企业通过使用私有云、公共云或混合云来使用云服务，采用的模式包括 SaaS、PaaS 或 IaaS。

在早期，应用程序的部署是一个困难的过程，通常无法在正常工作时间进行。然而，随着蓝绿部署、金丝雀部署等不同部署方法，以及 DevOps 和 CI/CD（持续集成与持续交付）的发展，现在可以在任何时间进行部署，而不会造成应用程序停机。

单体架构对于许多应用程序仍然有效，但为了实现敏捷性和缩短上市时间，必须根据您的数字化使用场景选择合适的架构。对于简单应用，可以考虑采用传统的单体架构。云原生或微服务模式非常适合具有复杂性的演进型应用。当您拥有多支经验丰富的团队，并且使用多种编程语言和不同的部署计划时，采用微服务架构是合理的。下面给出传统的 3/N 层应用与云端架构模型的对比，供参考。

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