軟件架構的10個常見模式

企業規模的軟件系統該如何設計呢？在開始寫代碼之前，我們需要選擇一個合適的架構，這個架構將決定軟件實施過程中的功能屬性和質量屬性。因此，了解軟件設計中的不同架構模式對我們的軟件設計會有較大的幫助。

什么是架構模式？根據維基百科：架構模式是針對特定軟件架構場景常見問題的通用、可重用解決方案。架構模式類似于軟件設計模式，但范圍更廣。本文將簡要解釋10種常見架構模式及其用法、優缺點。

分層模式（Layered pattern）

客戶端-服務器模式（Client-server pattern）

主從模式（Master-slave pattern）

管道-過濾器模式（Pipe-filter pattern）

代理模式（Broker pattern）

點對點模式（Peer-to-peer pattern）

事件-總線模式（Event-bus pattern）

模型-視圖-控制器模式（Model-view-controller pattern）

黑板模式（Blackboard pattern）

解釋器模式（Interpreter pattern）

1. 分層模式

此模式用于可分解為子任務的結構化程序，每個子任務都位于特定的抽象層級，每一層都為上一層提供服務。一般信息系統最常見的4個層次如下。

表示層(也稱為UI層)

應用層(也稱為服務層)

業務邏輯層(也稱為領域層)

數據訪問層(也稱為持久層)

應用場景：

一般的桌面應用程序

電子商務web應用程序

一般的移動App

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 分層模式

2. 客戶端-服務器模式

這種模式由兩部分組成：服務器和多個客戶端。服務器將向多個客戶端提供服務。客戶端從服務器請求服務，服務器向這些客戶端提供相關服務。此外，服務器繼續偵聽客戶端請求。

應用場景：

電子郵件、文檔共享和銀行等在線應用程序。

基于IPC的應用程序

? ? ? 客戶端-服務器模式

3.主從模式

這種模式由兩部分組成：主節點和從節點。主節點將工作分配給相同的從節點，并根據從節點返回的結果計算最終結果。

應用場景：

在數據庫復制中，主數據庫被視為權威源數據庫，從數據庫與之同步。

通過總線連接到計算機系統(主驅動器和從驅動器)的外圍設備。

進程內的多線程應用。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 主-從模式

4.管道-過濾器模式

這種模式可用于構造生成和處理數據流的系統。每個處理步驟都包含一個過濾器組件。要處理的數據通過管道傳遞。這些管道可用于緩沖或同步目的。

應用場景：

編譯器。連續過濾器執行詞法分析、詞法解析、語義分析和代碼生成。

生物信息學的工作流

工具鏈式的應用程序

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 管道-過濾器模式

5. 代理模式

這種模式通過解耦組件來構造分布式系統。這些組件可以通過遠程服務調用彼此交互。代理組件負責協調組件之間的通信。服務器向代理發布功能(服務和特征)。客戶端向代理請求服務，然后代理將客戶端重定向到合適的服務。需要注意broker，agent，proxy以及delegate的區別。

應用場景：

消息代理軟件，例如：Apache ActiveMQ、Apache Kafka、RabbitMQ和JBoss消息傳遞。

網絡傳輸中的代理軟件。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?代理模式

6. P2P模式

在這種模式中，每個組件都稱為對等節點。對等節點既可以作為客戶機(從其他對等節點請求服務)，也可以作為服務器(向其他對等節點提供服務)。對等節點可以充當單個客戶機或服務器，也可以同時充當客戶機和服務器，并且可以隨著時間變化動態地更改角色。

使用場景：

文件共享網絡，例如Gnutella和G2等。

多媒體協議，如P2PTV和PDTP。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?P2P模式

7. 事件-總線模式

這種模式也被稱為訂閱發布模式，主要處理事件，有4個主要組件：事件源、事件監聽者、通道和事件總線。事件源將消息發布到事件總線上的特定通道，監聽者訂閱特定的通道。消息發布到監聽者之前訂閱的通道，監聽者將收到消息的通知。

使用場景：

安卓開發

通知服務

注冊中心

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?事件-總線模式

8. 模型-視圖-控制器模式

這種模式，也稱為MVC模式，將一個交互應用程序分為三個部分：

模型-包含核心功能和數據

視圖——向用戶顯示信息(可以定義多個視圖)

控制器——處理來自用戶的輸入

這樣做是為了將信息的內部表示、信息呈現給用戶的方式、接受用戶輸入的方式分離開來。這種模式解耦組件并允許有效的代碼重用。

應用場景：

一般的web應用程序架構

Django和Rails等Web框架

一般的GUI 應用程序

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模型-視圖-控制器模式

9. 黑板模式

這種模式對于沒有確定解決方案策略的問題非常有用。黑板圖案由三個主要部分組成：

黑板：一個結構化的全局內存，包含來自解決方案空間的對象

知識源：具有自己表示形式的專門化模塊

控制組件：選擇、配置和執行模塊

所有的組件都可以到達黑板。組件可以生成添加到黑板上的新數據對象。組件在黑板上查找特定類型的數據，并通過與現有的知識源進行模式匹配找到這些數據。

應用場景：

語音識別

車輛識別及追蹤

蛋白質結構識別

聲納信號的解釋

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?黑板模式

10. 解釋器模式

這種模式用于設計一個解釋專用語言編寫的程序組件。它主要指定如何評估每一行程序，即用特定語言編寫的句子或表達式。其基本思想是語言的每個符號都有一個類。

應用場景：

數據庫查詢語言，如SQL。

用于描述通信協議的語言。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?解釋器模式

下面的表格總結了每種架構模式的優缺點。