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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

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