搞懂這幾個常見的嵌入式軟件架構(gòu)，足夠平時開發(fā)使用了！

工程師進(jìn)階筆記

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！
' |9 }3 e+ w) F* i0 }6 q+ F1 H& _嵌入式軟件因為硬件資源限制，可能存在驅(qū)動與應(yīng)用耦合的情況，但對于大型項目，資源充裕的情況下，復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯、后續(xù)擴(kuò)展維護(hù)的需要，必須采用分層和模塊化思維，這種思想就是架構(gòu)模式。

市面上常見的架構(gòu)模式有以下幾種：
" `2 o  Q/ _% ^4 ]% E① 分層架構(gòu)
: M4 G, w4 n' r4 F② 多層架構(gòu)
③ 管道 - 過濾器架構(gòu)
9 H9 X) ~% G0 X④ 客戶端 - 服務(wù)器架構(gòu)
⑤ 模型 - 視圖 - 控制器架構(gòu)
/ i) \$ X" o& z4 p' H* D3 j⑥ 事件驅(qū)動架構(gòu)
% P0 r2 j3 y  D⑦ 微服務(wù)架構(gòu)

分層架構(gòu)模式
最常見的架構(gòu)模式就是分層架構(gòu)，大部分分層架構(gòu)主要由四層組成：展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、持久層和數(shù)據(jù)庫層，如下圖所示：


1）上下文
. A& z$ n4 N6 o. M- p0 l# P4 A復(fù)雜的系統(tǒng)都會經(jīng)歷獨立的發(fā)展和衍化系統(tǒng)各個部分的需要。出于這個原因，系統(tǒng)開發(fā)者需要對關(guān)注點進(jìn)行清晰且條理分明地分離，以便系統(tǒng)的各個模塊可以獨立地開發(fā)和維護(hù)。

2）問題
$ ~: w; k. G% \7 c# ]0 |軟件需要以這樣一種方式分割：各個模塊可以獨自開發(fā)和衍化，各自部分之間的交互非常少，支持可移植性、可修改性和復(fù)用性。
; u: ^3 f* q5 y' j
3）方案
; {* j/ e: k, R* }& E為了實現(xiàn)關(guān)注點分離，分層模式將軟件分割成各個單元（稱為“層”）。
* c8 I+ z5 ], F5 I: X5 }; p
3 i( q- O( j$ ?& X! _每一層都是一組模塊，提供了一組高內(nèi)聚的服務(wù)。其使用必須是單向的。將一組軟件作為一個完整的分區(qū)，每個分區(qū)暴露一個公開接口。

第一個概念是，每一層都有特定的角色和職責(zé)。例如，展現(xiàn)層負(fù)責(zé)處理所有的用戶界面。分層架構(gòu)的這種關(guān)注點分離，讓構(gòu)建高效的角色和職責(zé)非常簡單。

第二個概念是，分層架構(gòu)模式是一個技術(shù)性的分區(qū)架構(gòu)，而非一個領(lǐng)域性的分區(qū)架構(gòu)。它們是由組件組成的，而不是領(lǐng)域。

最后一個概念是，分層架構(gòu)中的每一層都被標(biāo)記為封閉或者開放。封閉層意味著請求從一層移到另一層，它必須通過它正下面的這一層才能達(dá)到下面這一層的再下一層。請求不能跳過任何層。

# f4 K. P5 J) W4 J7 Y1 h4 W


5 C8 p- N% p4 r) x0 f4）弱點
分層會導(dǎo)致性能下降。這種模式不適合高性能應(yīng)用程序，因為經(jīng)過架構(gòu)中的多層來實現(xiàn)一個業(yè)務(wù)請求的效率是不高的。還會增加系統(tǒng)的前期成本和復(fù)雜性。

5）用途
我們應(yīng)該將這種方式應(yīng)用于小型簡單的應(yīng)用程序。
/ m4 d& y: S9 u) A7 y5 T7 i" o
多層模式

許多系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)被組織成一系列邏輯組件分組。每個分組被稱為一個層。
- e& c; a/ u  d7 v1 |5 \; L
/ w- h, n' Z. T0 j2 Q1）上下文
+ c3 t) y" Q5 Q- B' b在一個分布式部署中，通常需要將系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施分到不同的子集中。

2）問題
2 _; P" w8 Y9 E4 U7 {6 X6 Q我們?nèi)绾螌⑾到y(tǒng)分割到多個計算上獨立的執(zhí)行結(jié)構(gòu)：由一些通信媒介連接的軟件和硬件組？

3）弱點
大量前期成本和復(fù)雜性。

4）用途
用在分布式系統(tǒng)中。
5 X2 t* Y0 k' y$ \0 p- p
管道-過濾器架構(gòu)
8 p- f. s( y. I3 ~3 a軟件架構(gòu)中反復(fù)出現(xiàn)的一種模式是管道 - 過濾器（pipe-filter）模式。
: k8 u& h2 g+ u. l# Q0 s0 k
7 }, c( Q  A+ g! }/ p8 ]# T
1）上下文
, Q+ n# Z- r  N9 r. ]許多系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)換從輸入到輸出的離散數(shù)據(jù)流。許多類型轉(zhuǎn)換在實踐中重復(fù)出現(xiàn)，因此將其創(chuàng)建成獨立的可復(fù)用的部分，這是比較理想的。
* G# ^$ R5 G1 ^: B
2）問題
1 x/ X6 q( S0 _" P這些系統(tǒng)需要被分割成可復(fù)用的松耦合的組件，組件之間擁有簡單通用的交互機(jī)制。這樣它們就可以靈活地相互結(jié)合。這些通用松耦合的組件就很容易復(fù)用。獨立的組件可以并行執(zhí)行。

/ m: _7 y6 L/ U2 @6 P4 k3）方案
% k: n+ g4 U" b0 F: C這種架構(gòu)中的管道構(gòu)成了過濾器之間的通信通道。第一個概念是，由于性能原因，每個管道都是非定向的和點對點的，接受來自一個源的輸入并經(jīng)常直接輸出到另外一個源。

在這種模式中，有如下四種過濾器。
? producer（source）：一個過程的起點。
4 \0 y9 F7 [: u( o( h( I? transformer (map)：對一些或所有數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
? tester (reduce)：測試一個或多個條件。
8 z' ?' e: S, n" E? consumer (sink)：終點。

6 O: A2 A, a$ a/ w. n( F1 `4）弱點
2 d' \3 i) ?. t2 z% M不太適合交互性的系統(tǒng)，因為它們的轉(zhuǎn)換特性。過多的解析和反解析會導(dǎo)致性能損失，也會增加編寫過濾器本身的復(fù)雜性。
1 h  m  q) d7 G. k! p- Q3 X
5）用途
管道 - 過濾器架構(gòu)用于各種應(yīng)用程序，特別是簡化單項處理的任務(wù)。

客戶端-過濾器架構(gòu)
& r/ Q. X  G! p/ ]2 Y
0 W2 y/ a1 y  [) ~
1）上下文
有許多共享資源和服務(wù)是大量分布式的客戶端希望訪問的，希望控制訪問或服務(wù)質(zhì)量。
% c9 D' x9 Q. y6 u1 M  a+ p
, h- |0 n! h( I& v. X" r2）問題
4 T9 @! Z, ^9 o+ F( y$ F$ p通過管理一組共享資源和服務(wù)，我們可以通過分解公共服務(wù)并在單個位置或少數(shù)位置進(jìn)行修改來提高可修改性和復(fù)用性。我們想要通過在將資源本身分布在多個物理服務(wù)器上的同時集中控制這些資源和服務(wù)，來提高可伸縮性和可用性。
, v; ~' H' P6 J+ s  l& ]  |9 a0 N
3）方案
在客戶端 - 服務(wù)器模式中，組件和連接器具有特定的行為。稱為“客戶端”的組件將請求發(fā)送到稱為“服務(wù)器”的組件，然后等待回復(fù)。服務(wù)器組件接收到客戶端的請求并向其發(fā)送回復(fù)。
) I7 q+ X5 d2 f' y" R0 T
! e1 P+ b" e/ d  [: Z% ~+ [4）弱點
服務(wù)器會成為性能瓶頸和單點故障位置。在系統(tǒng)建成后，關(guān)于功能位置（在客戶端還是在服務(wù)器）的決策通常是復(fù)雜的而且變動成本很大。

5）用途
6 @7 ~" ^- @6 f% F2 M  i8 m對于有許多組件（客戶端）發(fā)送請求到另外一些提供服務(wù)的組件（服務(wù)器）的系統(tǒng)，我們可以使用客戶端 - 服務(wù)器模式來建模這個系統(tǒng)的一部分：在線應(yīng)用程序，例如電子郵件、共享文檔或銀行服務(wù)。

模型-視圖-控制器架構(gòu)（MVC）

6 z3 ?* x6 G/ n
5 ^5 s" J# v* m  M6 b6 Z  @
1）上下文
用戶界面通常是一個交互性應(yīng)用程序的最頻繁被修改的部分。用戶通常希望從不同的視角查看數(shù)據(jù)，例如柱狀圖或者餅圖。這些表示形式都應(yīng)該反映數(shù)據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)。

2）問題
用戶界面功能如何獨立于應(yīng)用程序功能，同時還還對用戶輸入或底層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的更改做出響應(yīng)？
- c4 z' @' u! }: P0 o+ M0 _當(dāng)?shù)讓討?yīng)用程序數(shù)據(jù)更改時，如何創(chuàng)建、維護(hù)和協(xié)調(diào)用戶界面的多個視圖？

3）方案
* F; j1 a- {( |0 s6 d: J模型 - 視圖 - 控制器（model-view-controller，即 MVC）模式將應(yīng)用程序功能分為以下三種類型的組件：
? 模型，包含應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。
? 視圖，顯示部分底層數(shù)據(jù)并與用戶交互。
5 K' h9 y4 c- W/ r; i? 控制器，在模型和視圖之間進(jìn)行中介并管理狀態(tài)更改的通知。

4 q' n' g# U8 T# x$ I4）弱點
對于簡單的用戶界面，其復(fù)雜性并不值得這么做。
模型、視圖和控制器抽象可能不適用于某些用戶界面工具包。

0 d! A6 A4 w3 @6 k) w  L' ^5）用途
5 ?, \) V' M& Q6 |( XMVC 是網(wǎng)站或移動應(yīng)用程序開發(fā)用戶界面常用的一種架構(gòu)模式。


4 t+ T8 V" m* _$ d事件驅(qū)動架構(gòu)
1）上下文
; w* _" \+ ^+ w% f需要提供計算和信息資源來處理傳入的應(yīng)用程序生成的獨立異步事件，這種方式可以隨著需求的增加而擴(kuò)展。
- ]7 U# b& _& C' M- \
2）問題
構(gòu)建分布式系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以服務(wù)異步到達(dá)的事件相關(guān)信息，并且能從簡單小型擴(kuò)展到復(fù)雜大型。

3）方案

為事件處理部署獨立的事件進(jìn)程或處理器。到達(dá)的事件進(jìn)入隊列。調(diào)度程序根據(jù)調(diào)度策略從隊列中拉取事件并將它們分配到合適的事件處理器。
& A* ?. y$ Z; |# H( q
4）弱點
性能和錯誤恢復(fù)可能是問題。

5 e$ @1 d+ C4 S7 m+ W3 b5）用途
使用這個方案的電商應(yīng)用程序?qū)⒐ぷ魅缦拢?font class="jammer">& o. y" K) k  E) N

Order Service 創(chuàng)建一個 Order，這個訂單處于待定狀態(tài)，然后發(fā)布一個OrderCreated事件。
( @8 L4 z6 _8 R9 a? Customer Service 接收到這個事件并嘗試為這個 Order 扣除信用。然后發(fā)布一個Credit Reserved 事件或者CreditLimitExceeded（超出信用限額）事件。
? Order Service 接收到 Customer Service 發(fā)送的事件并將訂單狀態(tài)更改為已核準(zhǔn)或已取消。
  W5 V3 z" C- k7 ?
6 B, j' G3 p  E+ I$ Z$ T, ^
: E' ?( m2 j2 M5 Z微服務(wù)架構(gòu)
1）上下文
6 K( h8 ]8 M( \# H* H; d部署基于服務(wù)器的企業(yè)應(yīng)用程序，支持各種瀏覽器和原生移動客戶端。應(yīng)用程序通過執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯、訪問數(shù)據(jù)庫、與其它系統(tǒng)交換信息并返回響應(yīng)來處理客戶端請求。這個應(yīng)用程序可能會暴露一個第三方 API。

6 @1 m" Q' _! N# u- s' W2）問題
, L: {: [& n( Q一體化應(yīng)用程序會變得過于龐大和復(fù)雜，無法得到有效支持和部署來實現(xiàn)最優(yōu)的分布式資源利用，例如在云環(huán)境中。
8 W/ U  H" O( @+ A9 M/ |# N; f/ p
4 l  W0 ~# b, U3）方案
4 m8 R+ T$ H* J% H3 H3 B! a. F
% i* G1 t& \  M- q將應(yīng)用程序構(gòu)建成服務(wù)套件。每個服務(wù)都是獨立部署和可擴(kuò)展的，擁有自己的 API 邊界。不同的服務(wù)可以用不同的編程語言編寫，管理它們自己的數(shù)據(jù)庫，由不同的團(tuán)隊開發(fā)。

4）弱點
系統(tǒng)設(shè)計必須能容忍服務(wù)失敗，需要更多的系統(tǒng)監(jiān)控。服務(wù)編排和事件協(xié)作開銷比較大。
8 V1 y5 ~* H: Z# H" ^$ S
5）用途
( r  R$ S6 g: E許多使用場景都可以應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)，特別是那些涉及大量數(shù)據(jù)管道的場景。例如，一個微服務(wù)系統(tǒng)對關(guān)于一個公司的零售店銷售的報表系統(tǒng)會比較理想。數(shù)據(jù)展現(xiàn)過程的每一步都會被一個微服務(wù)處理：數(shù)據(jù)收集、清理、規(guī)范化、濃縮、聚合、報告等。
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! t8 S: [- b! e$ `4 {文章來源：牛逼的工程師網(wǎng)友。



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