模式:单体架构

背景

你正在开发一个服务端的企业应用程序。它必须支持不同的客户端,包括桌面浏览器,移动端浏览器和原生手机应用。它需要暴露一个API接口给第三方消费。它需要通过web service或者消息机制与其他应用程序集成。它接受请求(HTTP请求和消息);执行业务逻辑;访问数据库;与其他系统交换数据;返回HTML/JSON/XML响应。这个应用中,不同的功能区域都对应着不同的逻辑组件。

问题

该应用的部署架构?

限制

一个团队的开发人员正在开发这个应用
新的团队成员应该迅速上手
该应用应该容易理解和修改
你想尝试持续部署
你必须在不同机器上运行该应用的拷贝,以满足可扩展性和可用性的需求
你想尝试新的技术(框架,编程语言等)

解决方案

构建一个单体架构的应用程序,例如:

单个Java WAR文件
单个包含Rails或者NodeJS代码的文件夹

示例

设想以下,你正在构建一个商城应用程序,为客户生成订单,验证库存和可用积分,快递商品。这个应用程序由以下几个组件构成:商城前端UI,它包括了用户界面;后端服务,包括检查积分,管理库存和运送商品。

这个应用程序被部署成一个单体应用程序。比如,一个包含单一WAR文件,运行在Tomcat之类的Web容器下的Java网站项目。一个Rails应用,包含单一文件夹,用Phusion Passenger部署在Apache/Nginx上,或者用JRuby部署在Tomcat上。为了实现扩展性和可用性,你可以在一个负载均衡容器后面运行应用的多个实例。

单体架构应用程序

结果

该解决方案有以下几个优势:

  • 开发简单 - 当前使用的开发工具和IDE可以支持单体应用的开发
  • 部署简单 - 只需要简单的将WAR文件(或者一整个文件夹)部署在适当的运行环境
  • 扩展简单 - 通过在负载均衡容器后运行应用的多个副本,可以实现扩展

但是,一旦该应用变得庞大,并且团队规模不断扩大,这种方法就会存在日益显著的弊端:

  • 大型单体应用代码吓跑了开发人员,尤其是新进团队的成员。应用可能很难被理解和修改。带来的后果是,开发速度降低。而且,由于没有明显的模块边界,模块化会随着时间的推移而崩溃。此外,由于很难理解如何正确的实现一个修改,代码质量随着时间的推移也会下降。这是一个漩涡。
  • 超载的IDE - 代码体量越大,IDE越慢,开发人员效率越低
  • 超载的web容器 - 应用越大,启动时间越长。由于时间浪费在等待web容器启动,开发人员的效率受到巨大的影响。同时也影响了部署。
  • 持续部署困难 - 大型单体应用也是频繁部署的障碍。为了更新一个组件,你需要重新部署整个应用程序。不管后台任务(例如:Java应用里的Quartz任务)是否被这次变更影响,他们都会被中断,这通常会导致故障。还有可能就是未更新的组件可能无法正确启动。带来的后果是,重新部署的风险上升,因此不鼓励频繁更新。这对开发用户界面的开发者是个问题,他们通常需要快速迭代和频繁部署。
  • 扩展应用困难 - 单体应用仅能在同一纬度扩展。一方面,它可以通过运行更多副本来提升交易量。一些云甚至可以根据负载动态调整实例数量。另一方面,这种架构无法随着数据量的增加而扩展。应用程序的每个实例都去访问数据库,这会导致缓存效率降低,增加内存消耗和I/O流量。而且,不同的应用组件有不同的资源需求 - 某些可能是CPU密集型,而其他可能是内存密集型。在单体应用中,我们无法独立扩展每个组件
  • 扩展开发的障碍 - 单体应用也是扩展开发的障碍。一旦应用程序达到一定规模,就可以将工程师组建为团队专注于特定功能区域。例如,我们可能希望拥有UI团队,会计团队,库存团队等等。单体应用的问题是它组织了团队独立工作。团队之间必须协调他们的开发成果和重新部署。一个团队更改或者更新产品会更困难。
  • 需要对一个技术栈的长期支持 - 单体应用强迫你与最初开发时选择的技术栈结合(某些情况下,与该技术栈的特定版本)。使用单体应用,很难逐步采用更新的技术。假如,设想下你选择了JVAM。你可以选择一些语言,除了Java外,还有其他与Java很好交互的JVM语言,例如Groovy和Scala。但是非JVM语言编写的组件在你的单体应用中没有一席之地、还有,如果你的应用使用的框架随后过时了,迁移应用到一个更新更好的框架会是一大挑战。很可能为了采用一个新的框架,你不得不重写整个应用程序,这是一个冒险。

关联的模式

微服务模式是解决单体模式局限性的替代模式

已知案例

知名的互联网服务,例如Netflix, Amazon.com和eBay最初都有一个单体架构。作者开发的大部分web应用程序都是单体架构。

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