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02 | 架构分层：我们为什么一定要这么做？

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02 | 架构分层：我们为什么一定要这么做？

2019-09-20 唐扬 来自北京
《高并发系统设计40问》
课程介绍

讲述：唐扬

时长11:00大小10.07M

在系统从 0 到 1 的阶段，为了让系统快速上线，我们通常是不考虑分层的。但是随着业务越来越复杂，大量的代码纠缠在一起，会出现逻辑不清晰、各模块相互依赖、代码扩展性差、改动一处就牵一发而动全身等问题。
这时，对系统进行分层就会被提上日程，那么我们要如何对架构进行分层？架构分层和高并发架构设计又有什么关系呢？本节课，我将带你寻找答案。

什么是分层架构

软件架构分层在软件工程中是一种常见的设计方式，它是将整体系统拆分成 N 个层次，每个层次有独立的职责，多个层次协同提供完整的功能。
我们在刚刚成为程序员的时候，会被“教育”说系统的设计要是“MVC”（Model-View-Controller）架构。它将整体的系统分成了 Model（模型），View（视图）和 Controller（控制器）三个层次，也就是将用户视图和业务处理隔离开，并且通过控制器连接起来，很好地实现了表现和逻辑的解耦，是一种标准的软件分层架构。
另外一种常见的分层方式是将整体架构分为表现层、逻辑层和数据访问层：
表现层，顾名思义嘛，就是展示数据结果和接受用户指令的，是最靠近用户的一层；
逻辑层里面有复杂业务的具体实现；
数据访问层则是主要处理和存储之间的交互。
这是在架构上最简单的一种分层方式。其实，我们在不经意间已经按照三层架构来做系统分层设计了，比如在构建项目的时候，我们通常会建立三个目录：Web、Service 和 Dao，它们分别对应了表现层、逻辑层还有数据访问层。
除此之外，如果我们稍加留意，就可以发现很多的分层的例子。比如我们在大学中学到的 OSI 网络模型，它把整个网络分成了七层，自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
工作中经常能用到 TCP/IP 协议，它把网络简化成了四层，即链路层、网络层、传输层和应用层。每一层各司其职又互相帮助，网络层负责端到端的寻址和建立连接，传输层负责端到端的数据传输等，同时相邻两层还会有数据的交互。这样可以隔离关注点，让不同的层专注做不同的事情。
Linux 文件系统也是分层设计的，从下图你可以清晰地看出文件系统的层次。在文件系统的最上层是虚拟文件系统（VFS），用来屏蔽不同的文件系统之间的差异，提供统一的系统调用接口。虚拟文件系统的下层是 Ext3、Ext4 等各种文件系统，再向下是为了屏蔽不同硬件设备的实现细节，我们抽象出来的单独的一层——通用块设备层，然后就是不同类型的磁盘了。
我们可以看到，某些层次负责的是对下层不同实现的抽象，从而对上层屏蔽实现细节。比方说 VFS 对上层（系统调用层）来说提供了统一的调用接口，同时对下层中不同的文件系统规约了实现模型，当新增一种文件系统实现的时候，只需要按照这种模型来设计，就可以无缝插入到 Linux 文件系统中。
那么，为什么这么多系统一定要做分层的设计呢？答案是分层设计存在一定的优势。

分层有什么好处

分层的设计可以简化系统设计，让不同的人专注做某一层次的事情。想象一下，如果你要设计一款网络程序却没有分层，该是一件多么痛苦的事情。
因为你必须是一个通晓网络的全才，要知道各种网络设备的接口是什么样的，以便可以将数据包发送给它。你还要关注数据传输的细节，并且需要处理类似网络拥塞，数据超时重传这样的复杂问题。当然了，你更需要关注数据如何在网络上安全传输，不会被别人窥探和篡改。
而有了分层的设计，你只需要专注设计应用层的程序就可以了，其他都可以交给下面几层来完成。
再有，分层之后可以做到很高的复用。比如，我们在设计系统 A 的时候，发现某一层具有一定的通用性，那么我们可以把它抽取独立出来，在设计系统 B 的时候使用起来，这样可以减少研发周期，提升研发的效率。
最后一点，分层架构可以让我们更容易做横向扩展。如果系统没有分层，当流量增加时我们需要针对整体系统来做扩展。但是，如果我们按照上面提到的三层架构将系统分层后，就可以针对具体的问题来做细致的扩展。
比如说，业务逻辑里面包含有比较复杂的计算，导致 CPU 成为性能的瓶颈，那这样就可以把逻辑层单独抽取出来独立部署，然后只对逻辑层来做扩展，这相比于针对整体系统扩展所付出的代价就要小得多了。
这一点也可以解释我们课程开始时提出的问题：架构分层究竟和高并发设计的关系是怎样的？从“01 | 高并发系统：它的通用设计方法是什么？”中我们了解到，横向扩展是高并发系统设计的常用方法之一，既然分层的架构可以为横向扩展提供便捷， 那么支撑高并发的系统一定是分层的系统。

如何来做系统分层

说了这么多分层的优点，那么当我们要做分层设计的时候，需要考虑哪些关键因素呢？
在我看来，最主要的一点就是你需要理清楚每个层次的边界是什么。你也许会问：“如果按照三层架构来分层的话，每一层的边界不是很容易就界定吗？”
没错，当业务逻辑简单时，层次之间的边界的确清晰，开发新的功能时也知道哪些代码要往哪儿写。但是当业务逻辑变得越来越复杂时，边界就会变得越来越模糊，给你举个例子。
任何一个系统中都有用户系统，最基本的接口是返回用户信息的接口，它调用逻辑层的 GetUser 方法，GetUser 方法又和 User DB 交互获取数据，就像下图左边展示的样子。
这时，产品提出一个需求，在 APP 中展示用户信息的时候，如果用户不存在，那么要自动给用户创建一个用户。同时，要做一个 HTML5 的页面，HTML5 页面要保留之前的逻辑，也就是不需要创建用户。这时逻辑层的边界就变得不清晰，表现层也承担了一部分的业务逻辑（将获取用户和创建用户接口编排起来）。
那我们要如何做呢？参照阿里发布的《阿里巴巴 Java 开发手册 v1.4.0（详尽版）》，我们可以将原先的三层架构细化成下面的样子：
我来解释一下这个分层架构中的每一层的作用。
终端显示层：各端模板渲染并执行显示的层。当前主要是 Velocity 渲染，JS 渲染， JSP 渲染，移动端展示等。
开放接口层：将 Service 层方法封装成开放接口，同时进行网关安全控制和流量控制等。
Web 层：主要是对访问控制进行转发，各类基本参数校验，或者不复用的业务简单处理等。
Service 层：业务逻辑层。
Manager 层：通用业务处理层。这一层主要有两个作用，其一，你可以将原先 Service 层的一些通用能力下沉到这一层，比如与缓存和存储交互策略，中间件的接入；其二，你也可以在这一层封装对第三方接口的调用，比如调用支付服务，调用审核服务等。
DAO 层：数据访问层，与底层 MySQL、Oracle、HBase 等进行数据交互。
外部接口或第三方平台：包括其它部门 RPC 开放接口，基础平台，其它公司的 HTTP 接口。
在这个分层架构中主要增加了 Manager 层，它与 Service 层的关系是：Manager 层提供原子的服务接口，Service 层负责依据业务逻辑来编排原子接口。
以上面的例子来说，Manager 层提供创建用户和获取用户信息的接口，而 Service 层负责将这两个接口组装起来。这样就把原先散布在表现层的业务逻辑都统一到了 Service 层，每一层的边界就非常清晰了。
除此之外，分层架构需要考虑层次之间一定是相邻层互相依赖，数据的流转也只能在相邻的两层之间流转。
我们还是以三层架构为例，数据从表示层进入之后一定要流转到逻辑层，做业务逻辑处理，然后流转到数据访问层来和数据库交互。那么你可能会问：“如果业务逻辑很简单的话可不可以从表示层直接到数据访问层，甚至直接读数据库呢？”
其实从功能上是可以的，但是从长远的架构设计考虑，这样会造成层级调用的混乱，比方说如果表示层或者业务层可以直接操作数据库，那么一旦数据库地址发生变更，你就需要在多个层次做更改，这样就失去了分层的意义，并且对于后面的维护或者重构都会是灾难性的。

分层架构的不足

任何事物都不可能是尽善尽美的，分层架构虽有优势也会有缺陷，它最主要的一个缺陷就是增加了代码的复杂度。
这是显而易见的嘛，明明可以在接收到请求后就可以直接查询数据库获得结果，却偏偏要在中间插入多个层次，并且有可能每个层次只是简单地做数据的传递。有时增加一个小小的需求也需要更改所有层次上的代码，看起来增加了开发的成本，并且从调试上来看也增加了复杂度，原本如果直接访问数据库我只需要调试一个方法，现在我却要调试多个层次的多个方法。
另外一个可能的缺陷是，如果我们把每个层次独立部署，层次间通过网络来交互，那么多层的架构在性能上会有损耗。这也是为什么服务化架构性能要比单体架构略差的原因，也就是所谓的“多一跳”问题。
那我们是否要选择分层的架构呢？答案当然是肯定的。
你要知道，任何的方案架构都是有优势有缺陷的，天地尚且不全何况我们的架构呢？分层架构固然会增加系统复杂度，也可能会有性能的损耗，但是相比于它能带给我们的好处来说，这些都是可以接受的，或者可以通过其它的方案解决的。我们在做决策的时候切不可以偏概全，因噎废食。

课程小结

今天我带着你了解了分层架构的优势和不足，以及我们在实际工作中如何来对架构做分层。我想让你了解的是，分层架构是软件设计思想的外在体现，是一种实现方式。我们熟知的一些软件设计原则都在分层架构中有所体现。
比方说，单一职责原则规定每个类只有单一的功能，在这里可以引申为每一层拥有单一职责，且层与层之间边界清晰；迪米特法则原意是一个对象应当对其它对象有尽可能少的了解，在分层架构的体现是数据的交互不能跨层，只能在相邻层之间进行；而开闭原则要求软件对扩展开放，对修改关闭。它的含义其实就是将抽象层和实现层分离，抽象层是对实现层共有特征的归纳总结，不可以修改，但是具体的实现是可以无限扩展，随意替换的。
掌握这些设计思想会自然而然地明白分层架构设计的妙处，同时也能帮助我们做出更好的设计方案。

一课一思

课程中我们提到了分层架构的多种模型，比如三层架构模型，阿里巴巴提出的分层架构模型，那么在你日常开发的过程中，会如何来做架构分层呢？你觉得如此分层的优势是什么呢？欢迎在留言区与我一同交流。
最后，感谢你的阅读，如果这篇文章让你有所收获，也欢迎你将它分享给更多的朋友。
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提建议

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精选留言(93)

  • 饭团
    2019-09-21
    明白了一些东西，老师比如我做一个接口，这个实现可以放在server层！ 之后公司内部调用逻辑可以放在web层！而哪一天公司要开放这个接口，那我最好是新抽象一层出来(一个新的服务)就是开放平台层！这样做的好处是，可以讲自家使用和第三方使用做隔离！比如在提供服务时，为了保证自家接口性能，对开放平台层做限流处理！

    作者回复: 👍

    共 2 条评论
    46
  • fish
    2019-09-20
    希望每篇都结合一点点实例程序架构

    作者回复: 好的👌

    共 2 条评论
    24
  • 那一夜
    2019-09-24
    老师你好，我之前也看过很多次阿里的代码分层规范，一直对service层和manager层有点混淆不清，所以想请教一下老师我下面理解的分层是不是合理的 1. controller层接收客户端的请求 2. service层调用manager层和dao层处理业务 3. manager主要对service层通用的代码的沉淀，例如对多个dao调用的组合（逻辑意义上的连接查询），以及缓存等中间件的调用，并且在manager层处理事务 4. dao层主要放mybatis逆向工程生成的代码以及自己写的查询方法 不知道自己这样理解正不正确，还有就是事务处理应该放在哪一层，是在manager层还是应该在service层？
    展开

    作者回复: 在我来看业务逻辑放在manager，service来编排manager的原子服务

    共 5 条评论
    21
  • can
    2019-09-21
    参数校验，放在哪

    作者回复: 业务类的校验放在service层，一般性的参数校验可以放在web层，可以通用化

    共 5 条评论
    20
  • AaronM
    2019-09-26
    getuser之后创建user的案例，如果不加manager层，在service的getuser方法中做以下逻辑判断呢 if(未获取到用户){ this.createuser(); } 这样做有什么不妥吗~~望指教
    展开

    作者回复: controller层的逻辑有区别，一种是需要创建用户，一种是不需要，需要提供两个service方法，每个方法编排不同的manager层的原子方法。当然也可以提供一个service方法，使用不同的参数来区分。但这是一个简单的例子，引申来看，同一个服务接口，针对不同的场景可能会有一些差异，这种差异要在service层屏蔽，不应该蔓延到controller层

    11
  • xu晓晨
    2019-09-20
    架构不分语言。我司主力语言php 架构至上而下是这样controller+module(service)+class(manager)+dao。第三方的调用服务也都封成基础类来调用了。基本上跟您讲的思路一样呢

    作者回复: 是的呢

    共 4 条评论
    10
  • aaaaaaaaaaaas
    2019-11-28
    老师，可以这样理解吗。manager放的都是单一功能的接口，service层去组装manager的接口，这样service层只需要注入manager层的接口就可以了，但是service层接口也会有复用的情况，相当于service还是要互相注入的

    作者回复: 是的

    8
  • Jxin
    2019-09-23
    感觉图有点问题。补下个人理解，共同探讨。 1.通用层改名领域层，个人习惯。 2.数据层同领域层也有交互。领域层交互数据层主要做业务；service层交互数据层主要开放接口，提供外部支撑。这块还涉及crud，读与命令分离。 3.第三方和外部接口，进入系统加入一层防腐层，千万别用第三方的实体bean去写自己项目的业务，千万别，千万别。这种依赖外部bean写业务的操作，接手的人深感绝望。 4.防腐层和第三方层也可以直接与service层交互。这里涉及胖领域和瘦领域的权衡了。个人偏向业务重就直接胖领域，没啥业务或跟本没有业务，瘦领域我也不要了，直接service层走你。这里的选择主要看当下业务情况和个人对将来的预期。 5.简单一定优雅，优雅不一定简单。k8s的容器编排很复杂，麻烦，但它的开放思想和架构抽象，真心让人惊叹。
    展开

    作者回复: 我理解你说的防腐层就是manager层，而我说的manager层也封装了数据访问层，提供原子的服务接口，而service层是对这些原子接口的编排，所以说尽量不要数据层打交道。 当然每个团队可能有更合适的分层方式

    共 3 条评论
    8
  • 何磊
    2019-09-20
    这里有个误导？我们所谓的独立部署并不是按照层次来部署。而是服务。因为不可能一个项目只部署controller，一个服务只部署dao层的。更多的是每一个服务按照这种层次来写。

    作者回复: 可以的呀 数据访问层也是可以独立部署的，controller也是独立部署的web服务

    共 15 条评论
    7
  • hex
    2020-05-06
    第一遍看没看出门道。最近换了份工作。才发现原来老师讲的是非常有道理的。设置前置网关开放接口给外部调用，前置做验签，权限，封装对象，然后才调用服务。自己调用的话不经过前置网关直接调用服务。这样做可以给外部提供出统一的加解密以及权限接口。并且不影响自己内部调用逻辑！！
    6
  • W
    2019-10-11
    老师，我看阿里分层图中，service层是可以直接调用dao层的，manager层也是可以直接调用dao层的，这两种调用分别是针对什么情况的呢

    作者回复: 我理解简单的业务可以不抽取manager，直接调用dao

    6
  • 那一夜
    2019-09-26
    老师你好，请问你说的业务逻辑放在manager，service来编排manager的原子服务，所谓的业务逻辑是指？manager的原子服务是指？如果这样处理的话，事务应该放在哪一层处理

    作者回复: 业务逻辑就是你的产品逻辑，比如创建用户要做些啥。 manager层的原子服务指的是实现单一功能的服务。 事务应该是在service层

    共 3 条评论
    6
  • 桂城老托尼
    2019-12-22
    有一本书叫，大型网站实战与Java中间件实践，和老师课程里的知识异曲同工之妙。学习了

    作者回复: 相关领域的知识的确是大同小异～大厂的实践也基本类似～多学、多看、多练、多思，不久就会成为更好的你

    5
  • 李米
    2019-09-21
    请问下老师用的什么工具画图？很漂亮

    作者回复: 是苹果自带的keynote

    共 2 条评论
    5
  • 堵车
    2019-09-20
    老师您看下我理解的有没有问题。manager是用来控制事务，缓存外部调用的层。service层才是业务层。service调用dao和manager。manager要不要分一个事务类，一个缓存类，一个外部交互类呢？

    作者回复: 缓存可以放在存储层，manager可以分为业务类和外部交互类

    5
  • 吃饭饭
    2019-09-20
    有人说传统的 MVC 是贫血模式，与之对立的是充血模式，边界划分衍生出 DDD ，优劣到底是哪一个，弄不清楚呐，老师的观点是什么？

    作者回复: 贫血模型把数据和行为区分开，层次上更清晰，但是呢不够面向对象，因为对象肯定是有数据和行为的 充血模型是把数据和行为混在一起，缺点是我就不知道业务逻辑是写在biz层还是领域模型里面。 我更倾向于贫血模型吧，因为我觉得大团队里面很难规范哪些放在领域模型里面，哪些放在biz层，所以干脆就都放在biz层就好了

    共 5 条评论
    5
  • Toutoublue
    2019-09-21
    我们公司电商平台原来是经典三层，后来加了一层，统一做process。大家刚开始觉得没用，后来发现有了process层后，很方便扩展业务渠道，不同业务渠道的逻辑层和process层对接，然后再到统一的数据层。

    作者回复: 对滴

    4
  • 段启超
    2019-09-20
    mvc这种结构让太多的人觉得项目工程结构理所应当就是这样的，然后呢，一大堆的业务逻辑就随意的堆砌在了service中，对象啥的，只是单纯的数据传输作用，出现了用面向对象的语言，写面向过程的程序的普遍现象。按照领域驱动设计的思路，最重要的还要有领域模型层。当然manage层这种方案也是一种思路，但是我觉得，这种方式，还不够，必须有清晰的业务模型和合理的分层结构配合，才能更好的提现分层的作用。

    作者回复: 是的，分层的方式也是不断演进的

    共 3 条评论
    4
  • 寒溪
    2019-09-24
    传统公司很多是分层部署的，比如保险和金融公司。service和dao部署在比较严密的网络区域，controller层部署在一个较宽松的网络区域，对外提供服务。等于在网络上增加了一个缓冲区，来保证服务的安全；而且可以通过单向网络规范层级调用，controller可以调用服务层，而服务层是不能调用web层的。

    作者回复: 是的

    共 3 条评论
    3
  • ly
    2019-09-20
    目前有个业务（下单业务）**不知道这样的分层是否合理。 OrderServiceFacade: 接受Controller的调用，具体是一些组织逻辑，组织数据等，然后调用OrderService的创建订单方法. OrderBillService.createBill(): 具有统一事务，具体把order入库，另外它依赖了库存服务(InventoryService), InventoryService.reduce(): 来减少库存 ( OrderBillService 依赖自己的OrderDao，但依赖了库存Service而不是库存DAO ) // 订单门面 public class OrderServiceFacade { @Autowrited private OrderBillService orderBillService; public boolean submitOrder(Dto dto) { // TODO 组织数据 一些特殊验证check // TODO 其他非事务性逻辑代码 String billNo = orderBillService.createBill(dto); // TODO 后续工作 return billNo != null; } } // 订单服务 public class OrderBillService { @Autowrited private OrderDao orderDao; @Autowrited private InventoryService inventoryService; @Transaction public String createBill(Dto dto) { Bill bill = dto.convertToBill(); orderDao.insert(bill); // 保存订单 inventoryService.reduce(); // 扣减库存服务 return bill.getBillNo(); } } // 库存服务 public class InventoryService { @Autowrited private InventoryDao inventoryDao; @Transaction public void reduce() { int updateCount = inventoryDao.decrease(); if( updateCount != 1 ) { throw new BizException("扣减库存失败"); } //TODO 记录库存日志 } }
    展开

    作者回复: 是合理的呀~

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