成为一个优秀架构师,你必须了解的 30 条设计原则

众所周知,架构师的角色,更偏向于策划、而非指挥,塑造、而非支配,其存在的意义,在于引导大家讨论、而非自己主宰一切。

但是,具体应该如何执行呢?本文作者整理了 30 个公认的架构原则,来帮助大家解决此问题。也许有的原则,你从未听说,但你看完就能快速学会。

相信你学会了,工作起来也会事半功倍,或许还可帮你避免很多无用的加班!

本文作者叫 Srinath Perera,是一位计算机科学家、软件架构师、作家。他是 Apache 的核心成员,拥有 15 年分布式系统编程经验,设计了 Apache Axis2 以及 WSO2 流处理器。

在 WSO2,我参与架构评审的时间已长达八年之久。WSO2 的产品非常丰富,比如 WSO2 ESB 、WSO2 API Manager 以及 WSO2 SP 都人尽皆知。在过去八年中,我们对许多产品和功能进行了讨论、设计、改进和重新设计。

我们在设计软件的过程中,把握的一个关键点是:软件架构并非由架构师负责设计。我们的架构不是由架构师制定,然后交给其他人来实施。

相反,架构的设计任务由真正编写代码的团队负责。架构师负责对工程师设计的架构进行修复、完善和改进。我们的架构团队是指导员和把关人,而非独裁者。

在短期内,由一位架构师来制定架构的确既快捷又实惠。但是,从长远来看,我们会组建一个团队,让他们自己不断思考、改善架构,并从他们的错误中来提升自己。

当我们专注于团队时,他们自然会随着时间的推移而变得更好。架构团队的首要任务是:尽可能保证架构容易执行。此外,架构评审也存在缺陷。

就像 Paul (@pzfreo)描述的架构评审那样:架构师参与进来,听一会,发表一点评论然后就走了。作为一名架构师,你对架构发表自己的看法和意见无可厚非。但是,如果你不够投入和细心,你的意见可能会让团队感到困惑,团队就无法确定正确的做法到底是什么。

接下来我会将 30 个架构原则一一列出,其中一些原则是众所周知的,而有些则源于我的个人经验和心血。

基本原

  • 原则1:KISS (Keep it simple,sutpid) 和保持每件事情都尽可能的简单,用最简单的解决方案来解决问题。
  • 原则 2:YAGNI(你不需要它)原则 ,只在需要时构建。
  • 原则 3:先学会爬,然后再学会走,最后学会跑。换句话说,先保证能够正常运行,然后优化它使其更好,最后逐渐让它变得完美。使用迭代开发,采用敏捷开发模式。为每个功能制定一个开发周期(最多 2 周),然后不断迭代。
  • 原则 4:自动化测试是构建稳定、高质量产品的唯一方法。通过自动化测试提升创造力,所有一切都可以自动化!在设计时应当好好考虑自动化。
  • 原则 5:注重投资回报率(ROI)并将最多的注意力放在最重要的地方。
  • 原则 6:了解用户并相应地平衡资源。大多数产品都有数千个最终用户,大致需要 20 个开发人员和 100 个 DevOps 人员。不要花费数月的时间来构建一个不太可能使用 DevOps 的用户界面(他们更喜欢脚本)。这是原则 5 的特例。
  • 原则 7:功能的设计和测试尽可能独立。如果在设计时考虑到这一点,长远来看,它将省去很多麻烦,否则只有一切构建完成时你才可以开始测试整个系统。此外,遵循这个原则,版本发布也会更加顺利。
  • 原则 8:警惕搜索引擎中花里胡哨的架构方案。我们天生都喜欢令人夺目的设计。如果你按捺不住, 就可能把太多根本不需要的功能和解决方案引入到你的架构中。

功能选择

  • 原则 9:想要准确知道用户如何使用我们的产品是很难的。所以我们要推行 MVP(最小可行产品)。该理念的核心在于:先制定一些用例,完成用例所涉及的相关功能,立即发布产品,然后根据反馈和经验对产品进行优化。
  • 原则 10:尽可能减少功能,如有疑问则将其删除。许多功能可能从未使用,你只需为其留一个扩展接口即可。
  • 原则 11:听取客户的意见,看他们想要什么功能。
  • 原则 12:当客户要求的功能影响到其他模块时,要勇于和客户辩论。从大局出发,尝试找到另一种方法来处理问题。就像 Fords 所说的那样“每当我问顾客需要什么的时候,他们总是会说需要跑得更快的马”。请记住,你才是专家。你应该主导一切,做出正确和专业的决定。虽然用户可能当时有些疑惑,但最终他们会感谢你的。

服务端设计和并发

  • 原则 13:要知道一个 Server 是如何运行的,从硬件到操作系统,直到编程语言。优化 IO 调用的数量是你通往较好架构的首选之路。
  • 原则 14:遵循 Amdhal 的同步定律。线程之间共享的可变数据会降低程序速度。如果可以,请使用并发数据结构,并且仅在必要时使用同步。尽可能少地使用锁。如果你打算在线程锁期间阻塞,请确保自己足够了解具体细节,因为这里存在极大的隐患。
  • 原则 15:如果你的设计是基于事件驱动的非阻塞架构,那就不要阻塞线程或者在线程中执行 IO 操作。一旦这样做,系统将慢如蜗牛。

分布式系统

  • 原则 16:无状态系统具有良好的扩展性。我们要尽可能了解和使用无分享架构。
  • 原则 17:除非你能够掌控客户端和服务器的所有代码,否则消息传递失败的情况在所难免。尽量减少你的系统依赖的因素(例如使用原则 18 )。
  • 原则 18:尽可能实施幂等操作。这样它就很容易恢复,你至少可以保证交付没问题。
  • 原则 19:了解 CAP 定理。可扩展的事务(分布式事务)是很难的 。尽可能使用补偿,基于 RDBMS 的事务很难扩展。
  • 原则 20:分布式系统共识不支持扩展,也无法进行组通信,不支持群集范围内的可靠消息传递。其最大节点限制大约是八个节点。
  • 原则 21:在分布式系统中,你很难隐藏分布式系统中的延迟和故障。(参见分布式计算的谬误解释 )。

用户体验

  • 原则 22:了解你的用户以及他们的目标:他是新手、专家还是临时用户?他对计算机科学了解多少?极客看重扩展功能,开发人员关注示例和脚本,普通人则更在乎界面。
  • 原则 23:好的产品应当不需要用户手册,用户应该一看就会用。
  • 原则 24:当你无法在两个选项之间做出决定时,请不要通过配置选项的方式来呈现问题。这会给用户和架构师带来麻烦。对于系统如何运作的细节,他们没有你了解,他们怎么能做出决定呢?比较好的方案是找到一个每次都有效的选择;其次是自动做出选择;第三个方案是添加配置参数并设置合理的默认值。
  • 原则 25:始终具有合理的配置默认值。
  • 原则 26:设计不良的配置会制造麻烦,始终配置几个示例值。
  • 原则 27:询问用户配置值的时候,注意选择用户无需即可设置的值(例如,不要问用户需要的最大缓存条目数量,而是要问他想要用于缓存的内存数量)
  • 原则 28:如果发现未知配置,则抛出错误。永远不要忽视它。在调试过程中,无提示的配置错误会浪费我们很多调试时间。

难点

  • 原则 29:尝试新语言很容易,但要正确使用却很难。除非公司愿意组建一个十人团队并花一年的时间来学习,否则尽量不要这样做。如果你仍不死心,请阅读有关语言设计的五个问题后再做定夺。
  • 原则 30:可组合的拖放 UI 很难实现,除非团队准备投入 10 人/年的资源,否则不要去做。

最后,谈一下我的感受。在理想情况下,一个平台应当由多个正交组件组成,每个组件负责一个方面(例如,安全性、消息传递、注册、调解、分析,等等)。使用这些功能构建的系统将是很好的。

不幸的是,现实中我们很难达到这样的状态。因为在项目初始状态时,很多事情是不确定的,你无法做到这样的独立性,现在我认为在开始的时候适当的重复是必要的,当你尝试铲除他们的时候,你会发现引入了新的复杂性,分布本身就意味着复杂。有时候治愈的过程要比疾病本身更加的糟糕。

总结

作为一个架构师,我们应该像园丁一样思考、塑造、策划和去除杂草而不是定义和构建。虽然在短期内,由一位架构师来制定架构的确既快捷又实惠。但是,从长远来看,团队的力量才是强大的。

如果你不够投入和细心,你只指出错误,但是不道明错误原因,那么你的意见可能会让团队感到困惑。避免这种情况的一种方法是拥有一套普遍接受的原则,这些原则是讨论架构时遵循的基本点,也是初学者学习架构的好资源。所以想成为一名优秀的架构师,还是需要长期的磨练以及时间的验证,当然随时保持学习的状态也是非常重要的。当你学会更多知识,你便会更清晰的解决各种复杂的架构问题。

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