[Architecture] 系統架構正交分解法

前言

隨著企業成長，支持企業業務的軟體，也會越來越龐大與複雜。當系統複雜到一定程度，開發人員會發現很多系統架構的設計細節，很難有條理、有組織的用一張大藍圖去做分析設計。先前在InfoQ上看到一篇文章：「億級用戶下的新浪微博平臺架構 - 衛向軍」，在這篇文章里使用正交分解法，來分析設計新浪微博平臺的系統架構。

透過正交分解法這樣表格式的條列與分解，可以讓開發人員清楚理解每個象限的關註點，進而去理解與組織整個系統架構所使用到的框架技術。本篇文章介紹如何使用正交分解法來分析設計系統架構，主要為自己留個紀錄，也希望能幫助到有需要的開發人員。

水平分層

使用正交分解法來分析設計系統架構，要先拆解出水平分層。水平分層的拆解方式，開發人員可以依照N-Tier的切割方式來拆解水平分層。在本篇文章的後續範例里，使用經典的三層式架構來拆解水平分層：

• 表示層(Presentation)：表示層用來分類與組織，系統所提供的功能介面。這邊所定義的功能介面，會有兩種概念，一種是給人使用的功能介面，一種是給電腦看的功能介面。例如一個對帳系統，可能提供HTML頁面給用戶使用、也可能提供RESTful API給其他系統調用。這些功能介面的分析、設計、實作，會被歸類到表示層的象限範圍。

• 領域層(Domain)：領域層用來分類與組織，系統所提供的領域邏輯。軟體是用來處理特定領域的問題，每個軟體透過程式代碼將問題的解決方案，封裝成為函式庫或是一組對象來提供系統使用，這些也就是所謂的領域邏輯。這些領域邏輯的分析、設計、實作，會被歸類到領域層的象限範圍。

• 存取層(Accesses)：存取層用來分類與組織，系統所使用的存取媒介。系統運作的過程中，需要將一些參數、紀錄、數據...等等訊息，持久化的保存到資料庫以利後續使；或是需要從其他系統中取得這些相關訊息來進行處理。這些存取媒介的分析、設計、實作，會被歸類到存取層的象限範圍。

垂直分層

傳統上，將系統依照特性與範圍來拆解出N-Tier的架構之後，就可以開始著手進行每個Tier裡面功能模塊的分析設計。但使用正交分解法來分析設計系統架構，拆解出水平分層之後，還要接著拆解出垂直分層。垂直分層的拆解方式，開發人員可以依照不同的需求面向來拆解垂直分層。在本篇文章的後續範例里，使用「億級用戶下的新浪微博平臺架構 - 衛向軍」里的幾個需求面向來拆解垂直分層：

• 技術架構：技術架構用來分類與組織，面向平臺需求的功能模塊。系統里不牽扯領域邏輯、平臺級重用的功能模塊，會被分類到技術架構這個垂直分層。例如：一個自定義的WebAPI框架，包含了Token登入、數據加密、Route分派等等功能，這些功能屬於不牽扯領域邏輯、並且可以做為平臺反覆提供其他功能模塊使用。這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到技術架構的象限範圍。

• 應用架構：應用架構用來分類與組織，面向領域需求的功能模塊。系統里封裝領域邏輯、互相交互的功能模塊，會被分類到應用架構這個垂直分層。例如：一個商城系統里會包含了，訂單追蹤、客戶數據、商家評價等等功能模塊，這些功能模塊封裝系統的領域邏輯，並且互相交互。這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到應用架構的象限範圍。

• 監控架構：監控架構用來分類與組織，面向維運需求的功能模塊。系統里不牽扯領域邏輯、封裝監控邏輯的功能模塊，會被分類到監控架構這個垂直分層。例如：一個RPC監控模塊，包含了RPC響應時間、RPC每秒負載等等功能，這些功能屬於不牽扯領域邏輯、並且封裝了監控邏輯。這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到監控架構的象限範圍。

01.技術架構x表示層

「技術架構x表示層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：不牽扯領域邏輯、平臺級重用、用於表示層。以上述關註點去發想，可以發想出不管是選擇ASP.NET MVC或是Spring MVC來開發系統的表示層，都免不了會依照系統或企業的需求與特性，去精煉出自己的表示層框架，用來提高系統的產量與產值。類似像這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到「技術架構x表示層」的象限範圍。在本節的後續說明裡，介紹一些常見的功能模塊、框架與策略：

• WebSite框架：WebSite框架封裝了Route分派、Passwod驗證、Cookie驗證、OAuth驗證、Model串列化\反串列化、HTML渲染...等等功能。這個WebSite框架，支撐「應用架構x表示層」里的功能模塊開發HTML Page給外部用戶使用。並且該框架開放介面讓「監控架構x表示層」，能夠監控WebSite的響應時間、線上人數、熱門頁面等等信息。

• WebAPI框架：WebAPI框架封裝了Route分派、Passwod驗證、Token驗證、Model串列化\反串列化...等等功能。這個WebAPI框架，支撐「應用架構x表示層」里的功能模塊開發REST API給外部系統使用。並且該框架開放介面讓「監控架構x表示層」，能夠監控WebAPI的響應時間、每秒負載、錯誤紀錄等等信息。

02.技術架構x領域層

「技術架構x領域層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：不牽扯領域邏輯、平臺級重用、用於領域層。以上述關註點去發想，可以發想出在領域層里的每個功能模塊之間的互相交互，需要建立平臺級的分散式框架來提供：服務註冊與發現、遠程調用、定時執行等等功能，用來提高系統的產量與產值。類似像這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到「技術架構x領域層」的象限範圍。在本節的後續說明裡，介紹一些常見的功能模塊、框架與策略：

• 服務協調框架：服務協調框架封裝了服務註冊、服務查詢、服務心跳...等等功能。這個服務協調框架，支撐「應用架構x領域層、表示層」里的功能模塊，獲取相依功能模塊的聯機信息與存活狀態。並且該框架開放介面讓「監控架構x領域層」，能夠監控功能模塊的服務數量、存活狀態等等信息。

• 遠程調用框架：遠程調用框架封裝了供應端建立、消費端建立、同步調用、非同步調用、錯誤處理...等等功能。這個遠程調用框架，支撐「應用架構x領域層」里的功能模塊，建立供應端來提供遠程調用服務。支撐「應用架構x領域層、表示層」里的功能模塊，建立消費端來使用遠程調用服務。並且該框架開放介面讓「監控架構x領域層」，能夠監控功能模塊的響應時間、每秒負載、錯誤紀錄等等信息。

• 消息隊列框架：消息隊列框架封裝了建立隊列、發送消息、取得消息、分發策略...等等功能。這個消息隊列框架，支撐「應用架構x領域層」里的功能模塊，建立消息隊列來循序處理消息。支撐「應用架構x領域層、表示層」里的功能模塊，建立發送端來發送消息到消息隊列。並且該框架開放介面讓「監控架構x領域層」，能夠監控消息隊列的處理時間、每秒負載、隊列堆積數量等等信息。

• 排程作業框架：排程作業框架封裝了建立作業、定時執行作業、定期執行作業、錯誤處理...等等功能。這個排程作業框架，支撐「應用架構x領域層、表示層」里的功能模塊，建立排程執行的作業來調用服務或是發送消息。並且該框架開放介面讓「監控架構x領域層」，能夠監控排程作業的處理時間、執行紀錄、錯誤紀錄等等信息。

03.技術架構x存取層

「技術架構x存取層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：不牽扯領域邏輯、平臺級重用、用於存取層。以上述關註點去發想，可以發想出在存取層里為了因應大量用戶的問題，需要提供平臺級的大併發策略與框架，用來增加存取效能、迴避存取效能瓶頸。類似像這些功能模塊、框架、策略，會被歸類到「技術架構x存取層」的象限範圍。在本節的後續說明裡，介紹一些常見的功能模塊、框架與策略：

• 資料快取框架：數據快取框架封裝了數據快取策略方針、快取建立、快取使用、快取清除...等等功能。這個數據快取框架，指引「應用架構x存取層」里的儲存媒介，如何進行數據快取的相關設計。支撐「應用架構x領域層」里的功能模塊，透過框架功能來建立與使用L1\L2快取數據。並且該框架開放介面讓「監控架構x存取層」，能夠監控數據快取框架的快取命中率、快取負載等等信息。

• 讀寫分離框架：讀寫分離框架封裝了讀寫分離策略方針、讀寫分離新增、讀寫分離查詢...等等功能。這個讀寫分離框架，指引「應用架構x存取層」里的儲存媒介，如何進行分表分庫的相關設計。支撐「應用架構x領域層」里的功能模塊，透過框架功能來新刪修查被分割的儲存媒介。並且該框架開放介面讓「監控架構x存取層」，能夠監控讀寫分離框架的查詢效能、數據負載等等信息。

• 分庫分表框架：分庫分表框架封裝了分庫分表策略方針、分庫分表新增、分庫分表查詢...等等功能。這個分庫分表框架，指引「應用架構x存取層」里的儲存媒介，如何進行分表分庫的相關設計。支撐「應用架構x領域層」里的功能模塊，透過框架功能來新刪修查被分割的儲存媒介。並且該框架開放介面讓「監控架構x存取層」，能夠監控分庫分表框架的查詢效能、數據負載等等信息。

04.應用架構x表示層

「應用架構x表示層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：封裝領域邏輯、應用表示層。系統里所封裝的領域邏輯，需要透過這個象限的封裝，才能開放給外部系統或是用戶使用。開發人員可以依照領域邏輯的面向，來分類與組織表示層所封裝的功能模塊。這些功能模塊會使用「技術架構x表示層」所提供的框架，來建立REST API或是Web Page給外部系統與用戶使用。並且使用「技術架構x領域層」所提供的功能模塊，來調用「應用架構x邏輯層」里所封裝的領域邏輯。

05.應用架構x領域層

「應用架構x領域層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：封裝領域邏輯、應用領域層。系統里提供的所有領域邏輯，都會被封裝成為這個象限里一個一個的功能模塊。開發人員可以依照領域邏輯的面向，來分類與組織領域層所封裝的功能模塊。這些功能模塊會使用「技術架構x領域層」所提供的框架，來提供與使用領域邏輯。並透過「技術架構x存取層」所提供的功能模塊，來存取「應用架構x存取層」里所的持久化資料。

06.應用架構x存取層

「應用架構x存取層」這個象限里，開發人員可以把關註點放在：封裝領域邏輯、應用存取層。系統里所有領域邏輯執行過程所產生的持久化數據，都會被儲存在這些象限里。開發人員可以依照系統的需求，來選擇儲存媒介的類型。這些儲存媒介，透過「技術架構x存取層」所提供的策略方針來設計規劃。並且透過「技術架構x存取層」所提供的功能模塊，讓「應用架構x領域層」能夠存取位於存取媒介內的持久化數據。

07.監控架構x表示層、邏輯層、存取層

「監控架構x表示層、邏輯層、存取層」這個象限里的功能模塊，依照「技術架構x表示層、邏輯層、存取層」對應層級所開放的介面，來監控對應功能模塊的各項參數。例如：監控「技術架構x表示層」里WebSite框架的響應時間、線上人數、熱門頁面等等信息。以監控平臺的設計來說，從技術架構的層面切入，儘量減少對於應用架構的侵入，可以有效降低應用架構的複雜度，進而增加系統的產值與產能，並且也不會減少系統監控的相關能力。

結語

正交分解法將系統架構切割為水平的N-Tier、與垂直的需求面向，再去交互切割組合每個象限的不同關註點。並且依照項目需求，還可以做更複雜的條件擴充。例如：水平分層可以加入提供Mobile、HTML5 SPA的Tier；垂直分割可以加入面向測試、面向佈署的需求面向。

透過正交分解法這樣的切割方式，可以減少開發人員每個象限所需要思考的關註點；並且表格象限式的分析設計，也減少開發人員遺漏某個關註點的可能性。不管是開發新系統、或是審視舊系統，都非常推薦開發人員嘗試看看。

參考數據

• 億級用戶下的新浪微博平臺架構 - 衛向軍

• 三層式架構設計 - 昏睡領域