架構(gòu)師的邏輯技術(shù)思維分析報(bào)告

1、架構(gòu)師的邏輯技術(shù)思維分析學(xué)習(xí)參考一、抽象思維3二、分層思維6三、分治思維8四、演化思維12五、如何培養(yǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維14結(jié)論15、抽象思維如果要問軟件研發(fā)/系統(tǒng)架構(gòu)中最重要的能力是什么，我會(huì)毫不猶豫回答是抽象能力。抽象(abstraction)這個(gè)詞大家經(jīng)常聽到，但是真正理解和能講清楚什么是抽象的人少之又少。抽象其實(shí)是這樣定義的：對(duì)某種事物進(jìn)行簡(jiǎn)化表示或描述的過程，抽象讓我們關(guān)注要素，隱藏額外細(xì)節(jié)舉一個(gè)例子，見下圖:你看到什么？你看到的是一扇門，對(duì)不對(duì)？你看到的不是木頭，也不是碳原子，這個(gè)門就是抽象，而木頭或者碳原子是細(xì)節(jié)。另外你可以看到門上有個(gè)門把手，你看到的不是鐵，也不是鐵原子，門把手就是抽

2、象，鐵和鐵原子是細(xì)節(jié)。在系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)中，抽象幫助我們從大處著眼(getourmindaboutbigpicture),隱藏細(xì)節(jié)(temporarilyhidedetails)。抽象能力的強(qiáng)弱，直接決定我們所能解決問題的復(fù)雜性和規(guī)模大小。下圖是我們小時(shí)候玩的積木，我發(fā)現(xiàn)小時(shí)候喜歡玩搭積木的，并且搭得快和好的小朋友，一般抽象能力都比較強(qiáng)。上圖右邊的積木城堡就是抽象，這個(gè)城堡如果你細(xì)看的話，它其實(shí)還是由若干個(gè)子模塊組成，這些模塊是子抽象單元，左邊的各種形狀的積木是細(xì)節(jié)。搭積木的時(shí)候，小朋友腦袋里頭先有一個(gè)城堡的大圖(抽象)，然后他/她大腦里頭會(huì)有一個(gè)初步的子模塊分解(潛意識(shí)中完成)，然用利用積木搭

3、建每一個(gè)子模塊，最終拼裝出最后的城堡。這里頭有一個(gè)自頂向下的分治設(shè)計(jì),然后自底向上的組合過程，這個(gè)分治思維非常重要，我們后面會(huì)講。我認(rèn)為軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和小朋友搭積木無本質(zhì)差異，只是解決的問題域和規(guī)模不同罷了。架構(gòu)師先要在大腦中形成抽象概念，然后是子模塊分解，然后是依次實(shí)現(xiàn)子模塊，最后將子模塊拼裝組合起來，形成最后系統(tǒng)。所以我常說編程和架構(gòu)設(shè)計(jì)就是搭積木，優(yōu)秀的架構(gòu)師受職業(yè)習(xí)慣影響，眼睛里看到的世界都是模塊化拼裝組合式的。抽象能力不僅對(duì)軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)重要，對(duì)建筑、商業(yè)、管理等人類其它領(lǐng)域活動(dòng)同樣非常重要。其實(shí)可以這樣認(rèn)為，我們生存的世界都是在抽象的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的，離開抽象人類將寸步難行。這

4、里順便提一下抽象層次跳躍問題，這個(gè)在開發(fā)中是蠻普遍的。有經(jīng)驗(yàn)的程序員寫代碼會(huì)保持抽象層次的一致性，代碼讀起來像講故事，比較清晰易于理解；而沒有經(jīng)驗(yàn)的程序員會(huì)有明顯的抽象層次跳躍問題，代碼讀起來就比較累，這個(gè)是抽象能力不足造成。舉個(gè)例子：一個(gè)電商網(wǎng)站在處理訂單時(shí)，一般會(huì)走這樣一個(gè)流程:1 .更新庫存(InventoryUpdate)2 .打折計(jì)算(Discounting)3 .支付卡校驗(yàn)(PaycardVerification)4 .支付(Pay)5 .送貨(Shipping)上述流程中的抽象是在同一個(gè)層次上的，比較清晰易于理解，但是沒有經(jīng)驗(yàn)的程序員在實(shí)現(xiàn)這個(gè)流程的時(shí)候，代碼層次會(huì)跳，比方說主流

5、程到支付卡校驗(yàn)一塊，他的代碼會(huì)突然跳出一行某銀行API遠(yuǎn)程調(diào)用，這個(gè)就是抽象跳躍，銀行API調(diào)用是細(xì)節(jié)，應(yīng)該封裝在PaycardVerification這個(gè)抽象里頭。、分層思維除了抽象，分層也是我們應(yīng)對(duì)和管理復(fù)雜性的基本思維武器，如下圖，為了構(gòu)建一套復(fù)雜系統(tǒng),我們把整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)層次，每一層專注解決某個(gè)領(lǐng)域的問題，并向上提供服務(wù)。有些層次是縱向的，它貫穿所有其它層次，稱為共享層。分層也可以認(rèn)為是抽象的一種方式，將系統(tǒng)抽象分解成若干層次化的模塊。LAYERLAYER分層架構(gòu)的案例很多，一個(gè)中小型的SpringWeb應(yīng)用程序，我們一般會(huì)設(shè)計(jì)成三層架構(gòu):ClientContactCentroI

6、IerContactSerwiceContactServicelmpI*ContactDAQ-»ContactDAOImpI*VDatabaseJ操作系統(tǒng)是經(jīng)典的分層架構(gòu)，如卜圖：iKerneljTCP/IP協(xié)議棧也是經(jīng)典的分層架構(gòu)，如卜圖：SpringGoumll«rserviceLa/erData口cc”sLaytr1TCPIPProtocolLayers，如果你關(guān)注人類文明演化史，你會(huì)發(fā)現(xiàn)今天的人類世界也是以分層方式一層層搭建和演化出來的。今天的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以認(rèn)為是現(xiàn)代文明的一個(gè)層次，其上是基于互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代商業(yè)，其下是現(xiàn)代電子工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，諸如此類。三、分治思維分而治

7、之(divideandcombine或者splitandmerge)也是應(yīng)對(duì)和管理復(fù)雜性的一般性方法,下圖展示一個(gè)分治的思維流程：problemd承把尸>I subproUcmJzi MbprWIcmX葭雄*Mfiuiprctskm J田 bpgMem7Tsubproblenn/ iHviiir subpriiblcm J !冽 fcppmbLeiii&utoprubkm | iubproblejn tubpubkin i.ubpn>blem 生殖融1電1。的 ubptxibient ,、4小黛”lle,tubjHubl亡:tm 丫 ubprobltjri1 工 ok?加印

8、 nihlurnu*、Eibpm»bl；£riT京，Ne«lvehe“W”SO lill Lon 心翼lig滋】弋浦soiuLon u iihprihk'nisLlklhlEI 10%u 附 mb 2 m的 lul 縮ii t<? subphiblem * X 、glulx0nl toubprdikm月門州柑FITauhprdhkp】 )fiibprubWm “ ubprubleor , mjFpm3HmibOlUUL 心subpioblemeMrhrnf立:虱uli由EG>ubprubki出WuLun 3Mib?ft>blenisolu

9、lion loxubprxh 觸 m snlulion to mhpn出岸門sotmioji ioh由mhkrnJ/ioluiim k>ibpibblem門即用即/ / /f ,、wlMiM totibprhlenn門 JJifiJr8sokiljon k7 enh|ir ihlefli，仃"JJ即JTE><sdutmitoprobkm對(duì)于一個(gè)無法一次解決的大問題，我們會(huì)先把大問題分解成若干個(gè)子問題，如果子問題還無法直接解決，則繼續(xù)分解成子子問題，直到可以直接解決的程度，這個(gè)是分解(divide)的過程;然后將子子問題的解組合拼裝成子問題的解，再將子問題的解組合拼裝

10、成原問題的解，這個(gè)是組合(combine)的過程。面試時(shí)為了考察候選人的分治思維，我經(jīng)常會(huì)面一個(gè)分治題：給你一臺(tái)8G內(nèi)存/500G磁盤空間的普通電腦，如何對(duì)一個(gè)100G的大文件進(jìn)行排序？假定文件中都是字符串記錄，一行約100個(gè)字符。這是一個(gè)典型的分治問題，100G的大文件肯定無法一次加載到內(nèi)存直接排序，所以需要先切分成若干小問題來解決。那么8G內(nèi)存的計(jì)算機(jī)一次大概能排多大的數(shù)據(jù)量，可以在有限的時(shí)間內(nèi)排完呢？也就是100G的大文件要怎么切法，切成多少份比較合適？這個(gè)是考察候選人的時(shí)間空間復(fù)雜度估算能力，需要一定的計(jì)算機(jī)組織和算法功底，也需要一定實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和sense。實(shí)際上8G內(nèi)存的話，操作系統(tǒng)要

11、用掉一部分，如果用Java開發(fā)排序程序，大致JVM可用24G內(nèi)存，基于一般的經(jīng)驗(yàn)值，一次排1G左右的數(shù)據(jù)應(yīng)該沒有問題(我實(shí)際在計(jì)算機(jī)上干過1G數(shù)據(jù)的排序，是OK的)。所以100G的文件需要先切分成100份，每份1G,這樣每個(gè)子文件可以直接加載到內(nèi)存進(jìn)行排序。對(duì)于1G數(shù)據(jù)量的字符串排序，采用Java里頭提供的快速排序算法是比較合適的。好，經(jīng)過有限時(shí)間的排序(取決于計(jì)算機(jī)性能，快的一天內(nèi)能排完)，假定100個(gè)1G的文件都已經(jīng)排好了，相當(dāng)于現(xiàn)在硬盤上有100個(gè)已經(jīng)排好序的文件，但是我們最終需要的是一個(gè)排好序的文件，下面該怎么做？這個(gè)時(shí)候我們需要把已經(jīng)解決的子問題組合起來，合并成我們需要的最終結(jié)果文件

12、。這個(gè)時(shí)候該采用什么算法呢？這里考察候選人對(duì)外排序和歸并排序算法的掌握程度，我們可以將100個(gè)排好序的文件進(jìn)行兩兩歸并排序，這木¥不斷重復(fù)，我們就會(huì)得到50個(gè)排好序的文件，每個(gè)大小是2G。然后再兩兩歸并，不斷重復(fù)，直到最后兩個(gè)文件歸并成目標(biāo)文件，這個(gè)文件就是100G并且是排好序的。因?yàn)槭峭馀判?歸并排序，每次只需要讀取當(dāng)前索引指向的文件記錄到內(nèi)存，進(jìn)行比較，小的那個(gè)輸出到目標(biāo)文件，內(nèi)存占用極少。另外，上面的算法是兩路歸并，也可以采用多路歸并，甚至是采用堆排序進(jìn)行優(yōu)化，但是總體分治思路沒有變化?？傮w上這是一個(gè)非常好的面試題，除了考察候選人的分治思維之外，還考察對(duì)各種排序算法(快排，外排

13、序，歸并排序，堆排序)的理解，計(jì)算的時(shí)間空間復(fù)雜度估算，計(jì)算機(jī)的內(nèi)外存特性和組織，文件操作等等。實(shí)際上能完全回答清楚這個(gè)問題的候選人極少，如果有幸被我面到一個(gè)，我會(huì)如獲至寶，因?yàn)檫@個(gè)人有成長為優(yōu)秀架構(gòu)師的潛質(zhì)。另外，遞歸也是一種特殊的分治技術(shù)，掌握遞歸技術(shù)的開發(fā)人員，相當(dāng)于掌握了一種強(qiáng)大的編程武器，可以解決一些一般開發(fā)人員無法解決的問題。比方說最近我的團(tuán)隊(duì)在研發(fā)一款新的服務(wù)框架，其中包括契約解析器(parser)，代碼生產(chǎn)器(codegenerator),序列化器(serializer)等組件，里頭大量需要用到遞歸的思維和技術(shù)，沒有這個(gè)思維的開發(fā)人員就干不了這個(gè)事情。所以我在面試候選人的時(shí)候，

14、一般都會(huì)出遞歸相關(guān)的編程題，考察候選人的遞歸思維。大自然中遞歸結(jié)構(gòu)比比皆是，如下圖，大家有興趣不妨思考，大自然通過遞歸給我們?nèi)祟惡畏N啟不？四、演化思維社區(qū)里頭經(jīng)常有人在討論：架構(gòu)是設(shè)計(jì)出來的？還是演化出來的？我個(gè)人基于十多年的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，架構(gòu)既是設(shè)計(jì)出來的，同時(shí)也是演化出來的，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，基本上可以說是三分設(shè)計(jì),七分演化，而且是在設(shè)計(jì)中演化，在演化中設(shè)計(jì)，一個(gè)不斷迭代的過程。在互聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)的整個(gè)生命周期過程中，前期的設(shè)計(jì)和開發(fā)大致只占三分，在后面的七分時(shí)間里，架構(gòu)師需要根據(jù)用戶的反饋對(duì)架構(gòu)進(jìn)行不斷的調(diào)整。我認(rèn)為架構(gòu)師除了要利用自身的架構(gòu)設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也要學(xué)會(huì)借助用戶反饋和進(jìn)化的力量，推動(dòng)架

15、構(gòu)的持續(xù)演進(jìn)，這個(gè)就是演化式架構(gòu)思維。當(dāng)然一開始的架構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要，架構(gòu)定系統(tǒng)基本就成型了，不容馬虎。同時(shí)，優(yōu)秀的架構(gòu)師深知，能夠不斷應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的系統(tǒng)，才是有生命力的系統(tǒng)，架構(gòu)的好壞，很大部分取決于它應(yīng)對(duì)變化的靈活性。所以具有演化式思維的架構(gòu)師，能夠在一開始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到后續(xù)架構(gòu)的演化特性，并且將靈活應(yīng)對(duì)變化的能力作為架構(gòu)設(shè)計(jì)的主要考量。當(dāng)前，社區(qū)正在興起一種新的架構(gòu)方法學(xué)演化式架構(gòu)，微服務(wù)架構(gòu)就是一種典型的演化式架構(gòu),它能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)用戶需求的變化，而單塊架構(gòu)就缺乏這種靈活性。馬丁福樂曾經(jīng)在其博客上給出過一張微服務(wù)架構(gòu)的演化路線圖附錄8.2,可以用來解釋設(shè)計(jì)式思維和演化式思維Going

16、directly to t? microservsces archrtecture is nskyAs compfextty nses start breaking out 5口Continue breaking out serv/ce5 as your knowledge of boundaries and service man(jgement increases的差異，如下圖所示：Amonolith2explorebaththecompiertyofasystemandrtscomponentboundariesmxroservices上面的路線是一開始就直奔微服務(wù)架構(gòu)，其實(shí)背后體現(xiàn)的是

17、設(shè)計(jì)式架構(gòu)的思維，認(rèn)為架構(gòu)師可以完全設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)和它的演化方向。馬丁認(rèn)為這種做法風(fēng)險(xiǎn)非常高，一個(gè)是成本高昂，另外一個(gè)是剛開始架構(gòu)師對(duì)業(yè)務(wù)域理解不深，無法清晰劃分領(lǐng)域邊界，開發(fā)出來的系統(tǒng)很可能無法滿足用戶需求。下面的路線是從單塊架構(gòu)開始，隨著架構(gòu)師對(duì)業(yè)務(wù)域理解的不斷深入，也隨著業(yè)務(wù)和團(tuán)隊(duì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，漸進(jìn)式地把單塊架構(gòu)拆分成微服務(wù)架構(gòu)的思路，這就是演化式架構(gòu)的思維。如果你觀察現(xiàn)實(shí)世界中一些互聯(lián)網(wǎng)公司（例如eBay,阿里，Netflix等等）的系統(tǒng)架構(gòu)，大部分走得都是演化式架構(gòu)的路線。下圖是建筑的演化史，在每個(gè)階段，你可以看到設(shè)計(jì)的影子，但如果時(shí)間線拉得足夠長，演化的特性就出來了。-二國二-!

18、FTE'二B“rivfaIPL-r . W組引雷=T=二一二W五、如何培養(yǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)，離不開工作中大量高質(zhì)量項(xiàng)目的實(shí)戰(zhàn)鍛煉，然后是平時(shí)的學(xué)習(xí)、思考和提煉總結(jié)。另外，基本的架構(gòu)設(shè)計(jì)思維，其實(shí)在我們大學(xué)計(jì)算機(jī)課程（比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法）中可以找到影子，只不過當(dāng)時(shí)以學(xué)習(xí)為主，問題域比較小和理想化。所以大學(xué)教育其實(shí)非常重要，基本的架構(gòu)設(shè)計(jì)思維在那個(gè)時(shí)候就已經(jīng)埋下種子，后面工程實(shí)踐中進(jìn)一步消化和應(yīng)用，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，我們能夠解決的問題域復(fù)雜性和規(guī)模逐漸變大，但基本的武器還是抽象、分層和分治等思維。我認(rèn)為一個(gè)架構(gòu)師的成長高度和他大學(xué)期間的思維習(xí)慣的養(yǎng)成關(guān)系密切。我所知道世界一流的互聯(lián)網(wǎng)公司，例如谷歌等，招聘工程師新人時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的要求可以用苛刻來形容，這個(gè)可以理解，谷歌級(jí)別公司要解決的問題都是超級(jí)復(fù)雜的，基本思維功底薄弱根本無法應(yīng)對(duì)。對(duì)于工作經(jīng)驗(yàn)5年的工程師新手，如果你大學(xué)時(shí)代是屬于荒廢型的，建議工作之余把相關(guān)課程再好好自學(xué)一把。個(gè)人推薦參考美國Berkeley大學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程CS61B附錄8.1進(jìn)行學(xué)習(xí),對(duì)建立抽象編程思維非常有幫助，我本人在研究生階段自學(xué)過這門課程，現(xiàn)在回想起來確實(shí)受益匪淺，注意該課程中的所有Lab/Homework/Project都要實(shí)際動(dòng)手做一遍，才有好的效果。我