笔记类，指在学习课程、专栏过程中对个人有用内容的记录和少许理解。
目录
一、背景介绍
如果想要深入理解一个事物的本质，最好的方式就是去追寻这个事物出现的历史背景和推动因素。一项技术/方法的出现一定是为了解决之前某种技术/场景的痛点。
1.1 软件开发历史
1.1.1 机器语言(1940年之前)
最早的软件开发使用的是“机器语言”，直接使用二进制码 0 和 1 来表示机器可以识别的指令和数据。例如，在 8086 机器上完成“s=768+12288-1280”的数学运算，机器码如下：
101100000000000000000011
000001010000000000110000
001011010000000000000101
不用多说，不管是当时的程序员，还是现在的程序员，第一眼看到这样一串东西时，肯定是一头雾水，因为这实在是太难看懂了，这还只是一行运算，如果要输出一个“hello world”，面对几十上百行这样的 0/1 串，眼睛都要花了！
如果让你去排查问题和修改bug,真的无法想象····
归纳一下，机器语言的主要问题是三难：难写、难读、难改！
1.1.2 汇编语言(20世纪40年代)
为了解决机器语言编写、阅读、修改复杂的问题，汇编语言应运而生。汇编语言又叫“符号语言”，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址。
例如，为了完成“将寄存器 BX 的内容送到 AX 中”的简单操作，汇编语言和机器语言分别如下。
机器语言：1000100111011000
汇编语言：mov ax,bx
相比机器语言来说，汇编语言就清晰得多了。mov 是操作，ax 和 bx 是寄存器代号，mov ax,bx 语句基本上就是“将寄存器 BX 的内容送到 AX”的简化版的翻译，即使不懂汇编，单纯看到这样一串语言，至少也能明白大概意思。
汇编语言虽然解决了机器语言读写复杂的问题，但本质上还是面向机器的，因为写汇编语言需要我们精确了解计算机底层的知识。例如，CPU 指令、寄存器、段地址等底层的细节。这对于程序员来说同样很复杂，因为程序员需要将现实世界中的问题和需求按照机器的逻辑进行翻译。例如，对于程序员来说，在现实世界中面对的问题是 4 + 6 = ？。而要用汇编语言实现一个简单的加法运算，代码如下：
.section .data
a: .int 10
b: .int 20
format: .asciz "%d\n"
.section .text
.global _start
_start:
movl a, %edx
addl b, %edx
pushl %edx
pushl $format
call printf
movl $0, (%esp)
call exit
这还只是实现一个简单的加法运算所需要的汇编程序，可以想象一下，实现一个四则运算的程序会更加复杂，更不用说用汇编写一个操作系统了！
除了编写本身复杂，还有另外一个复杂的地方在于：不同 CPU 的汇编指令和结构是不同的。例如，Intel 的 CPU 和 Motorola 的 CPU 指令不同，同样一个程序，为 Intel 的 CPU 写一次，还要为 Motorola 的 CPU 再写一次，而且指令完全不同。
1.1.3 高级语言(20世纪50年代)
为了解决汇编语言的问题，计算机前辈们从 20 世纪 50 年代开始又设计了多个高级语言，最初的高级语言有下面几个，并且这些语言至今还在特定的领域继续使用。
- Fortran：1955 年，名称取自”FORmula TRANslator”，即公式翻译器，由约翰·巴科斯（John
Backus）等人发明。 - LISP：1958 年，名称取自”LISt Processor”，即枚举处理器，由约翰·麦卡锡（John
McCarthy）等人发明。Cobol：1959 年，名称取自”Common Business Oriented - Language”，即通用商业导向语言，由葛丽丝·霍普（Grace Hopper）发明。
为什么称这些语言为“高级语言”呢？原因在于这些语言让程序员不需要关注机器底层的低级结构和逻辑，而只要关注具体的问题和业务即可。
还是以 4 + 6=？这个加法为例，如果用 LISP 语言实现，只需要简单一行代码即可：
(+ 4 6)
除此以外，通过编译程序的处理，高级语言可以被编译为适合不同 CPU 指令的机器语言。程序员只要写一次程序，就可以在多个不同的机器上编译运行，无须根据不同的机器指令重写整个程序。
1.1.4 第一次软件危机和结构化设计(20世纪 60年代~20世纪70年代)
高级语言的出现，解放了程序员，但好景不长，随着软件的规模和复杂度的大大增加，20 世纪 60 年代中期开始爆发了第一次软件危机，典型表现有软件质量低下、项目无法如期完成、项目严重超支等，因为软件而导致的重大事故时有发生。例如，1963 年美国的水手一号火箭发射失败事故，就是因为一行 FORTRAN 代码错误导致的。
软件危机最典型的例子莫过于 IBM 的 System/360 的操作系统开发。佛瑞德·布鲁克斯（Frederick P. Brooks, Jr.）作为项目主管，率领 2000 多个程序员夜以继日地工作，共计花费了 5000 人一年的工作量，写出将近 100 万行的源码，总共投入 5 亿美元，是美国的“曼哈顿”原子弹计划投入的 1/4。尽管投入如此巨大，但项目进度却一再延迟，软件质量也得不到保障。布鲁克斯后来基于这个项目经验而总结的《人月神话》一书，成了畅销的软件工程书籍。
为了解决问题，在 1968、1969 年连续召开两次著名的 NATO 会议，会议正式创造了“软件危机”一词，并提出了针对性的解决方法“软件工程”。虽然“软件工程”提出之后也曾被视为软件领域的万能钥匙，但后来事实证明，软件工程同样无法根除软件危机，只能在一定程度上缓解软件危机。
差不多同一时间，“结构化程序设计”作为另外一种解决软件危机的方案被提了出来。艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger Dijkstra）于 1968 年发表了著名的《GOTO 有害论》论文，引起了长达数年的论战，并由此产生了结构化程序设计方法。同时，第一个结构化的程序语言 Pascal 也在此时诞生，并迅速流行起来。
结构化程序设计的主要特点是抛弃 goto 语句，采取“自顶向下、逐步细化、模块化”的指导思想。结构化程序设计本质上还是一种面向过程的设计思想，但通过“自顶向下、逐步细化、模块化”的方法，将软件的复杂度控制在一定范围内，从而从整体上降低了软件开发的复杂度。结构化程序方法成为了 20 世纪 70 年代软件开发的潮流。
1.1.5 第二次软件危机与面向对象(20世纪80年代)
结构化编程的风靡在一定程度上缓解了软件危机，然而随着硬件的快速发展，业务需求越来越复杂，以及编程应用领域越来越广泛，第二次软件危机很快就到来了。
第二次软件危机的根本原因还是在于软件生产力远远跟不上硬件和业务的发展。第一次软件危机的根源在于软件的“逻辑”变得非常复杂，而第二次软件危机主要体现在软件的“扩展”变得非常复杂。结构化程序设计虽然能够解决（也许用“缓解”更合适）软件逻辑的复杂性，但是对于业务变化带来的软件扩展却无能为力，软件领域迫切希望找到新的银弹来解决软件危机，在这种背景下，面向对象的思想开始流行起来。
面向对象的思想并不是在第二次软件危机后才出现的，早在 1967 年的 Simula 语言中就开始提出来了，但第二次软件危机促进了面向对象的发展。面向对象真正开始流行是在 20 世纪 80 年代，主要得益于 C++ 的功劳，后来的 Java、C# 把面向对象推向了新的高峰。到现在为止，面向对象已经成为了主流的开发思想。
虽然面向对象开始也被当作解决软件危机的银弹，但事实证明，和软件工程一样，面向对象也不是万能的，而只是一种新的软件方法而已。
1.2 软件架构的历史背景
虽然早在 20 世纪 60 年代，戴克斯特拉这位上古大神就已经涉及软件架构这个概念了，但软件架构真正流行却是从 20 世纪 90 年代开始的，由于在 Rational 和 Microsoft 内部的相关活动，软件架构的概念开始越来越流行了。
与之前的各种新方法或者新理念不同的是，“软件架构”出现的背景并不是整个行业都面临类似相同的问题，“软件架构”也不是为了解决新的软件危机而产生的，这是怎么回事呢？
卡内基·梅隆大学的玛丽·肖（Mary Shaw）和戴维·加兰（David Garlan）对软件架构做了很多研究，他们在 1994 年的一篇文章《软件架构介绍》（An Introduction to Software Architecture）中写到：
“When systems are constructed from many components, the organization of the overall system-the software architecture-presents a new set of design problems.”
简单翻译一下：随着软件系统规模的增加，计算相关的算法和数据结构不再构成主要的设计问题；当系统由许多部分组成时，整个系统的组织，也就是所说的“软件架构”，导致了一系列新的设计问题。
这段话很好地解释了“软件架构”为何先在 Rational 或者 Microsoft 这样的大公司开始逐步流行起来。因为只有大公司开发的软件系统才具备较大规模，而只有规模较大的软件系统才会面临软件架构相关的问题，例如：
- 系统规模庞大，内部耦合严重，开发效率低；
- 系统耦合严重，牵一发动全身，后续修改和扩展困难；
- 系统逻辑复杂，容易出问题，出问题后很难排查和修复。
软件架构的出现有其历史必然性。20 世纪 60 年代第一次软件危机引出了“结构化编程”，创造了“模块”概念；20 世纪 80 年代第二次软件危机引出了“面向对象编程”，创造了“对象”概念；到了 20 世纪 90 年代“软件架构”开始流行，创造了“组件”概念。我们可以看到，“模块”“对象”“组件”本质上都是对达到一定规模的软件进行拆分，差别只是在于随着软件的复杂度不断增加，拆分的粒度越来越粗，拆分的层次越来越高。
二、架构概念
先梳理几个有关系而又相似的概念
2.1 系统与子系统
我们先来看维基百科定义的“系统”。
系统泛指由一群有关联的个体组成，根据某种规则运作，能完成个别元件不能单独完成的工作的群体。它的意思是“总体”“整体”或“联盟”。
我来提炼一下里面的关键内容：
关联：系统是由一群有关联的个体组成的，没有关联的个体堆在一起不能成为一个系统。例如，把一个发动机和一台 PC 放在一起不能称之为一个系统，把发动机、底盘、轮胎、车架组合起来才能成为一台汽车。
规则：系统内的个体需要按照指定的规则运作，而不是单个个体各自为政。规则规定了系统内个体分工和协作的方式。例如，汽车发动机负责产生动力，然后通过变速器和传动轴，将动力输出到车轮上，从而驱动汽车前进。
能力：系统能力与个体能力有本质的差别，系统能力不是个体能力之和，而是产生了新的能力。例如，汽车能够载重前进，而发动机、变速器、传动轴、车轮本身都不具备这样的能力。
我们再来看子系统的定义。
子系统也是由一群有关联的个体所组成的系统，多半会是更大系统中的一部分。
其实子系统的定义和系统定义是一样的，只是观察的角度有差异，一个系统可能是另外一个更大系统的子系统。
按照这个定义，系统和子系统比较容易理解。我们以微信为例来做一个分析。
- 微信本身是一个系统，包含聊天、登录、支付、朋友圈等子系统。
- 朋友圈这个系统又包括动态、评论、点赞等子系统。
- 评论这个系统可能又包括防刷子系统、审核子系统、发布子系统、存储子系统。
- 评论审核子系统不再包含业务意义上的子系统，而是包括各个模块或者组件，这些模块或者组件本身也是另外一个维度上的系统。例如，MySQL、Redis等是存储系统，但不是业务子系统。
2.2 模块与组件
模块和组件两个概念在实际工作中很容易混淆，我们经常能够听到类似这样的说法：
- MySQL 模块主要负责存储数据，而 ElasticSearch 模块主要负责数据搜索。
- 我们有安全加密组件、有审核组件。
- App的下载模块使用了第三方的组件。
造成这种现象的主要原因是，模块与组件的定义并不好理解，也不能很好地进行区分。我们来看看这两者在维基百科上的定义。
软件模块（Module）是一套一致而互相有紧密关连的软件组织。它分别包含了程序和数据结构两部分。现代软件开发往往利用模块作为合成的单位。模块的接口表达了由该模块提供的功能和调用它时所需的元素。模块是可能分开被编写的单位。这使它们可再用和允许人员同时协作、编写及研究不同的模块。软件组件定义为自包含的、可编程的、可重用的、与语言无关的软件单元，软件组件可以很容易被用于组装应用程序中。
可能你看完这两个定义后一头雾水，还是不知道这两者有什么区别。造成这种现象的根本原因是，模块和组件都是系统的组成部分，只是从不同的角度拆分系统而已。
从逻辑的角度来拆分系统后，得到的单元就是“模块”；从物理的角度来拆分系统后，得到的单元就是“组件”。划分模块的主要目的是职责分离；划分组件的主要目的是单元复用。其实，“组件”的英文 component 也可翻译成中文的“零件”一词，“零件”更容易理解一些，“零件”是一个物理的概念，并且具备“独立且可替换”的特点。
我以一个最简单的网站系统来为例。假设我们要做一个学生信息管理系统，这个系统从逻辑的角度来拆分，可以分为“登录注册模块”“个人信息模块”“个人成绩模块”；从物理的角度来拆分，可以拆分为 Nginx、Web 服务器、MySQL。
2.3 框架与架构
框架是和架构比较相似的概念，且两者有较强的关联关系，所以在实际工作中，这两个概念有时我们容易分不清楚。参考维基百科上框架与架构的定义，我来解释两者的区别。
软件框架（Software framework）通常指的是为了实现某个业界标准或完成特定基本任务的软件组件规范，也指为了实现某个软件组件规范时，提供规范所要求之基础功能的软件产品。
我来提炼一下其中关键部分：
- 框架是组件规范：例如，MVC 就是一种最常见的开发规范，类似的还有 MVP、MVVM、J2EE 等框架。
- 框架提供基础功能的产品：例如，Spring MVC 是 MVC 的开发框架，除了满足 MVC 的规范，Spring 提供了很多基础功能来帮助我们实现功能，包括注解（@Controller 等）、Spring Security、Spring JPA 等很多基础功能。
软件架构指软件系统的“基础结构”，创造这些基础结构的准则，以及对这些结构的描述。
单纯从定义的角度来看，框架和架构的区别还是比较明显的，框架关注的是“规范”，架构关注的是“结构”。框架的英文是 Framework，架构的英文是 Architecture。Spring MVC 的英文文档标题就是“Web MVC framework”。
虽然如此，在实际工作中我们却经常碰到一些似是而非的说法。例如，“我们的系统是 MVC 架构”“我们需要将 android app 重构为 MVP 架构”“我们的系统基于 SSH 框架开发”“我们是 SSH 的架构”“XX 系统是基于 Spring MVC 框架开发，标准的 MVC 架构”……
究竟什么说法是对的，什么说法是错的呢？其实这些说法都是对的，造成这种现象的根本原因隐藏于架构的定义中，关键就是“基础结构”这个概念并没有明确说是从什么角度来分解的。采用不同的角度或者维度，可以将系统划分为不同的结构。以“学生管理系统”为例。
从业务逻辑的角度分解，“学生管理系统”的架构是：
从物理部署的角度分解，“学生管理系统”的架构是：
从开发规范的角度分解，“学生管理系统”可以采用标准的 MVC 框架来开发，因此架构又变成了 MVC 架构：
这些“架构”，都是“学生管理系统”正确的架构，只是从不同的角度来分解而已，这也是 IBM 的 RUP 将软件架构视图分为著名的“4+1 视图”的原因。
2.4 什么是架构
参考维基百科的定义，我将架构重新定义为：软件架构指软件系统的顶层结构。
这个定义看似很简单，但包含的信息很丰富，基本上把系统、子系统、模块、组件、架构等概念都串起来了，我来详细解释一下。
首先，“系统是一群关联个体组成”，这些“个体”可以是“子系统”“模块”“组件”等；架构需要明确系统包含哪些“个体”。
其次，系统中的个体需要“根据某种规则”运作，架构需要明确个体运作和协作的规则。
第三，维基百科定义的架构用到了“基础结构”这个说法，我改为“顶层结构”，可以更好地区分系统和子系统，避免将系统架构和子系统架构混淆在一起导致架构层次混乱。
三、架构设计的目的
3.1 架构设计的几个误区
关于架构设计的目的，常见的误区有：
- 因为架构很重要，所以要做架构设计
这是一句正确的废话，架构是很重要，但架构为何重要呢？
例如：不做架构设计系统就跑不起来么？
其实不然，很多朋友尤其是经历了创业公司的朋友可能会发现，公司的初始产品可能没有架构设计，大伙撸起袖子简单讨论一下就开始编码了，根本没有正规的架构设计过程，而且也许产品开发速度还更快，上线后运行也还不错。
例如：做了架构设计就能提升开发效率么？
也不尽然，实际上有时候最简单的设计开发效率反而是最高的，架构设计毕竟需要投入时间和人力，这部分投入如果用来尽早编码，项目也许会更快。
例如：设计良好的架构能促进业务发展么？
好像有一定的道理，例如设计高性能的架构能够让用户体验更好，但反过来想，我们照抄微信的架构，业务就能达到微信的量级么？肯定不可能，不要说达到微信的量级，达到微信的 1/10 做梦都要笑醒了。
- 不是每个系统都要做架构设计吗
这其实是知其然不知其所以然，系统确实要做架构设计，但还是不知道为何要做架构设计，反正大家都要做架构设计，所以做架构设计肯定没错。
这样的架构师或者设计师很容易走入生搬硬套业界其他公司已有架构的歧路，美其名曰“参考”“微改进”。一旦强行引入其他公司架构后，很可能会发现架构水土不服，或者运行起来很别扭等各种情况，最后往往不得不削足适履，或者不断重构，甚至无奈推倒重来。
- 公司流程要求系统开发过程中必须有架构设计
与此答案类似还有因为“架构师总要做点事情”，所以要做架构设计，其实都是舍本逐末。因为流程有规定，所以要做架构设计；因为架构师要做事，所以要做架构设计，这都是很表面地看问题，并没有真正理解为何要做架构设计，而且很多需求并不一定要进行架构设计。如果认为架构师一定要找点事做，流程一定要进行架构设计，就会出现事实上不需要架构设计但形式上却继续去做架构设计，不但浪费时间和人力，还会拖慢整体的开发进度。
- 为了高性能、高可用、可扩展，所以要做架构设计
能够给出这个答案，说明已经有了一定的架构经历或者基础，毕竟确实很多架构设计都是冲着高性能、高可用……等“高 XX”的目标去的。
但往往持有这类观点的架构师和设计师会给项目带来巨大的灾难，这绝不是危言耸听，而是很多实际发生的事情，为什么会这样呢？因为这类架构师或者设计师不管三七二十一，不管什么系统，也不管什么业务，上来就要求“高性能、高可用、高扩展”，结果就会出现架构设计复杂无比
3.2 架构设计的目的
整个软件技术发展的历史，其实就是一部与“复杂度”斗争的历史，架构的出现也不例外。简而言之，架构也是为了应对软件系统复杂度而提出的一个解决方案，通过回顾架构产生的历史背景和原因，架构设计的主要目的是为了解决软件系统复杂度带来的问题。
这个结论虽然很简洁，但却是架构设计过程中需要时刻铭记在心的一条准则，为什么这样说呢？
首先，遵循这条准则能够让“新手”架构师心中有数，而不是一头雾水。如从哪里下手，时间紧，到底用哪种架构等问题，弄清楚我们需要解决和最关键的是要解决那种复杂度。
其次，遵循这条准则能够让“老鸟”架构师有的放矢，而不是贪大求全。l老鸟为了证明自己的技术牛，可能会陷入贪大求全的焦油坑而无法自拔。弄清楚引入这些技术是减少了我们的复杂度，还是另一个角度上增加了我们的复杂度，是不是我们真正需要解决的复杂度。
四、写在最后
本文绝大部分内容出自极客时间-李运华老师的 《从0开始学架构》.，如有条件欢迎支持购买正版。