架构设计三原则

作为程序员，很多人都希望成为一名架构师，但并非简单地通过编程技能就能够达成这一目标。事实上，优秀的程序员和架构师之间存在一个明显的鸿沟——不确定性。

编程的本质是确定性的，也就是说，对于同一段代码，无论由谁编写，在何时执行，其结果应该是确定的（尽管有可能存在bug）。相比之下，架构设计本质上是不确定的。同一系统，不同公司的架构可能存在较大的差异，但最终都能正常运转。在面对多种可能性时，架构师需要进行选择，而这种选择往往会让人陷入两难的境地。

例如：

是否选择业界最先进的技术，还是选择团队目前最熟悉的技术？是否选择Google的Angular或Facebook的React？是否选择MySQL或MongoDB？对于这些问题，架构师需要依赖自己的经验和直觉进行决策，因为架构设计领域并没有一套通用的规范来指导架构师。但是，通过研究架构设计的发展历史和多个公司的架构发展过程，可以发现一些共性原则，即合适原则、简单原则和演化原则。在遵循这些原则的基础上，架构师可以做出最好的选择，克服不确定性。

合适原则

合适原则宣言：“合适优于业界领先”。

很多优秀的技术人员都怀有强烈的技术情结，他们总想通过挑战自我，实现甚至超越业界领先水平，从而在年终KPI绩效总结中留下自己的印记。然而，这种做法往往会导致失败。在互联网行业，我见过许多“亿级用户平台”的失败案例，例如某个几个人规模的业务团队，雄心勃勃地想要和腾讯QQ一较高下，但最终却以失败告终。为什么会这样呢？

实现任何梦想都需要脚踏实地的付出。这里的“脚踏实地”主要体现在以下几个方面。

1.将军难打无兵之仗。大公司的分工比较细，每个小系统都可能由一个小组负责。但在大部分公司，整个研发团队可能只有100多人，某个业务团队可能只有十几个人。在这种情况下，想要完成类似于几十人团队才能完成的事情，并且还要做得更好，难度可想而知。

2.罗马不是一天建成的。业界领先的很多方案并不是一群天才某个时期灵机一动就做出来的。它们经过了数年的发展才逐步完善和初具规模。如果没有足够的积累和历练，靠拍脑袋或者头脑风暴是无法和真正的实战相比的。

3.冰山下面才是关键。业界领先的方案大多是“逼”出来的。随着业务的发展和量变导致质变，新的问题出现了，已有的方式无法应对这些问题，需要用新的方案来解决。通过不断的创新和尝试，业界领先的方案才得以形成。

如果没有类似于腾讯那样海量用户积累、大量的人力资源、优秀的业务场景，想要建立一个“亿级用户平台”就注定会失败。真正优秀的架构应该是在企业当前的人力、条件、业务等各种约束下设计出来的，能够将资源合理地整合在一起并发挥出最大的功效，并且能够快速落地。许多BAT公司的架构师到了小公司或创业团队却无法创造出成果，因为他们缺乏大公司平台、资源和积累的支持，他们只是生搬硬套大公司的做法，这样的做法成功的概率非常低。

因此，真正优秀的架构设计应该是在实际条件下的切实可行的设计，将资源合理利用，并能够快速落地。成功的架构设计需要充分考虑公司当前的资源、团队能力和业务需求，不断优化和改进，不断学习和尝试新的方法和技术，以适应日益变化的市场和业务环境。同时，我们也需要认识到，技术的发展需要时间，需要不断的积累和经验，只有在大量的实践中才能不断提升自己的技术水平。

简单原则

简单原则宣言：“简单优于复杂”。

确实，在软件领域，过度追求复杂性往往会导致设计出来的系统难以维护、扩展和调试，进而影响整个团队的工作效率。因此，我们需要转变思路，不要将复杂性作为评价架构的主要指标，而是要以系统的实际需求和问题为出发点，遵循合适原则、简单原则、演化原则，以最小的复杂度满足系统的需求。简单来说，就是要“追求简单”。

追求简单不等于简单粗暴，而是在不降低系统性能、稳定性和可扩展性的前提下，以最少的设计和实现来满足需求。这需要架构师具备全面的技术能力和对系统的深刻理解，能够对复杂性进行有效的把控和分解，从而将系统的设计和实现变得更加简单明了。

此外，简单也不意味着架构师可以忽略细节和考虑不周。实际上，追求简单需要更加注重细节和全局的把握，要通过精心的设计和实现来避免各种潜在的问题和风险。只有在这样的基础上，才能够设计出真正合适的、简单的、可演化的软件架构。

软件领域的复杂性体现在两个方面：

1.结构的复杂性

结构复杂的系统几乎毫无例外具备两个特点：

组成复杂系统的组件数量更多；
同时这些组件之间的关系也更加复杂。

我以图形的方式来说明复杂性：

2个组件组成的系统：

3个组件组成的系统：

4个组件组成的系统：

5个组件组成的系统：

为了避免这些问题，我们需要尽量简化架构。简化架构并不意味着牺牲可用性或者功能，而是在保证功能和可用性的前提下，尽量减少组件的数量和组件之间的关系复杂度。

一个好的架构需要在多方面权衡，如系统可用性、开发效率、维护成本、可扩展性等等。因此，在进行架构设计时，需要从多个角度出发，考虑系统的实际需求和限制条件，逐步迭代优化设计方案，而不是一开始就试图设计出最完美的方案。

另外，一个好的架构设计需要在实践中不断迭代和优化。系统运行过程中会出现各种各样的问题，需要不断地对架构进行调整和优化。同时，随着业务的发展和变化，架构设计也需要随之变化，及时做出调整和优化，才能够保证系统的稳定性和可持续发展。

2.逻辑的复杂性

意识到结构的复杂性后，我们的第一反应可能就是“降低组件数量”，毕竟组件数量越少，系统结构越简。最简单的结构当然就是整个系统只有一个组件，即系统本身，所有的功能和逻辑都在这一个组件中实现。

不幸的是，这样做是行不通的，原因在于除了结构的复杂性，还有逻辑的复杂性，即如果某个组件的逻辑太复杂，一样会带来各种问题。

逻辑复杂的组件，一个典型特征就是单个组件承担了太多的功能。以电商业务为例，常见的功能有：商品管理、商品搜索、商品展示、订单管理、用户管理、支付、发货、客服……把这些功能全部在一个组件中实现，就是典型的逻辑复杂性。

逻辑复杂几乎会导致软件工程的每个环节都有问题，假设现在淘宝将这些功能全部在单一的组件中实现，可以想象一下这个恐怖的场景：

系统会很庞大，可能是上百万、上千万的代码规模，“clone”一次代码要30分钟。
几十、上百人维护这一套代码，某个“菜鸟”不小心改了一行代码，导致整站崩溃。
需求像雪片般飞来，为了应对，开几十个代码分支，然后各种分支合并、各种分支覆盖。
产品、研发、测试、项目管理不停地开会讨论版本计划，协调资源，解决冲突。
版本太多，每天都要上线几十个版本，系统每隔1个小时重启一次。
线上运行出现故障，几十个人扑上去定位和处理，一间小黑屋都装不下所有人，整个办公区闹翻天。
……

不用多说，肯定谁都无法忍受这样的场景。

但是，为什么复杂的电路就意味更强大的功能，而复杂的架构却有很多问题呢？根本原因在于电路一旦设计好后进入生产，就不会再变，复杂性只是在设计时带来影响；而一个软件系统在投入使用后，后续还有源源不断的需求要实现，因此要不断地修改系统，复杂性在整个系统生命周期中都有很大影响。

功能复杂的组件，另外一个典型特征就是采用了复杂的算法。复杂算法导致的问题主要是难以理解，进而导致难以实现、难以修改，并且出了问题难以快速解决。

以ZooKeeper为例，ZooKeeper本身的功能主要就是选举，为了实现分布式下的选举，采用了ZAB协议，所以ZooKeeper功能虽然相对简单，但系统实现却比较复杂。相比之下，etcd就要简单一些，因为etcd采用的是Raft算法，相比ZAB协议，Raft算法更加容易理解，更加容易实现。

综合前面的分析，我们可以看到，无论是结构的复杂性，还是逻辑的复杂性，都会存在各种问题，所以架构设计时如果简单的方案和复杂的方案都可以满足需求，最好选择简单的方案。《UNIX编程艺术》总结的KISS（Keep It Simple, Stupid!）原则一样适应于架构设计。

在架构设计中，我们应该遵循KISS原则，尽量让架构设计简单而易于理解和维护。另外，我们还可以通过以下几种方式来避免复杂性问题：

将系统分解为小的组件。每个组件都应该尽可能地简单，只实现一个功能。这样可以避免单个组件变得过于复杂，同时也方便组件的维护和升级。

采用标准化的组件。通过采用标准化的组件，可以避免重新发明轮子，也可以减少对复杂组件的依赖。
避免过度设计。过度设计往往会导致代码过于复杂，难以维护。在设计时，应该尽量避免不必要的设计，只实现必要的功能。
尽量采用简单的算法。尽量使用简单的算法，可以使系统更加易于理解和维护。对于一些比较复杂的算法，可以考虑采用现成的库，避免重复造轮子。
借鉴已有的成功经验。在架构设计时，可以参考已有的成功案例，借鉴其中的经验和教训，避免犯类似的错误。

总之，架构设计是一门艺术，需要不断地思考和实践，才能设计出简单、易于理解和维护的系统。

演化原则

演化原则宣言：“演化优于一步到位”。

软件架构从字面意思理解和建筑结构非常类似，事实上“架构”这个词就是建筑领域的专业名词，维基百科对“软件架构”的定义中有一段话描述了这种相似性：

从和目的、主题、材料和结构的联系上来说，软件架构可以和建筑物的架构相比拟。

例如，软件架构描述的是一个软件系统的结构，包括各个模块，以及这些模块的关系；建筑架构描述的是一幢建筑的结构，包括各个部件，以及这些部件如何有机地组成成一幢完美的建筑。

然而，字面意思上的相似性却掩盖了一个本质上的差异：建筑一旦完成（甚至一旦开建）就不可再变，而软件却需要根据业务的发展不断地变化！

古埃及的吉萨大金字塔，4000多年前完成的，到现在还是当初的架构。
中国的明长城，600多年前完成的，现在保存下来的长城还是当年的结构。
美国白宫，1800年建成，200年来进行了几次扩展，但整体结构并无变化，只是在旁边的空地扩建或者改造内部的布局。

对比一下，我们来看看软件架构。

Windows系统的发展历史：

如果对比Windows 8的架构和Windows 1.0的架构，就会发现它们其实是两个不同的系统了！

Android的发展历史：

（ http://www.dappworld.com/wp-content/uploads/2015/09/Android-History-Dappworld.jpg）

同样，Android 6.0和Android 1.6的差异也很大。

软件架构需要根据业务发展不断变化，所以在做架构设计时应该采用迭代的方式，而不是一步到位。这样做的好处是，可以让架构师随着业务的变化逐渐深入了解业务需求，同时也可以避免设计出过度复杂、不切实际的方案。

另外，预测和分析的确是不可靠的，但是我们可以采用一些技术手段来帮助我们应对变化。比如，可以采用微服务架构，将系统划分成若干个小服务，每个服务都可以独立开发、测试、部署和扩展。这样一来，当业务需求发生变化时，只需要修改涉及到的服务，而不用对整个系统进行修改。此外，还可以采用容器技术，通过容器化应用程序来实现快速部署和扩展，以应对业务变化带来的挑战。

总之，软件架构需要根据业务发展不断变化，我们应该采用迭代的方式来设计架构，并采用一些技术手段来帮助我们应对变化。同时，我们也需要明确，软件架构永远不可能一劳永逸，只有不断地学习和改进，才能保持软件架构的健康和持续性。

考虑到软件架构需要根据业务发展不断变化这个本质特点， 软件架构设计其实更加类似于大自然“设计”一个生物，通过演化让生物适应环境，逐步变得更加强大：