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COLA 4.0:應用架構的最佳實踐

2020-12-10 18:45:34 軟體設計

前幾天和幾個餓了么的同學聊天,一聽說他們還在用COLA 1.0,我二話沒說,90度鞠躬,賠禮道歉,虛心聆聽他們的吐槽,COLA的初衷旨在控制復雜度,救碼農于水火,慚愧的是,早期的思想不成熟,設計也多有缺陷,不僅沒幫到他們,反而坑了他們,實在抱歉,

實際上,我在COLA 3.0迭代的時候,已經舉起奧卡姆剃刀,砍掉了很多東西,

然而還不夠,主要體現在對架構的思考還不夠透徹,再三考量,我覺得有必要對COLA進行一次重新梳理,回歸初心,讓COLA真正成為應用架構的最佳實踐,幫助廣大的業務技術同學,脫離醬缸代碼的泥潭!

應用架構的本質

什么是架構?十個人可能有十個回答,架構在技術的語境下,就和架構師一樣魔幻,我曾經看過一本技術書,用了一章的篇幅討論架構的定義,最終也沒有說明白,

實際上,定義架構也沒那么難,如下圖所示,架構的本質,簡單來說,就是要素結構,所謂的要素(Components)是指架構中的主要元素,結構是指要素之間的相互關系(Relationship)
image.png

例如組織架構,其要素是什么?組成組織的要素當然是人,結構呢?結構是人與人之間的關系,因此,組織架構就是關于定義人的職責劃分,以及人與人之間協作關系的一種設計方法,

同樣,對于應用架構而言,代碼是其核心組成要素,結構就是這些代碼該如何被組織,也就是要如何處理模塊(Module)、組件(Component)、包(Package)和類(Class)之間的關系,簡而言之,應用架構就是要解決代碼要如何被組織的問題,
compo.png

一個沒有架構的應用系統,就像一堆隨意堆放、雜亂無章的玩具,只有熵值,沒有熵減,而一個有良好架構的應用系統,有章法、有結構,一切都顯得緊緊有條,
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好的組織架構會遵循一定的架構模式,大部分的組織都會按職能和業務來設計自己的架構,如果你反其道而行之,硬要把銷售、財務和技術人員放在一個部門,就會顯得很奇怪,

同樣,好的應用架構,也遵循一些共同模式,不管是六邊形架構、洋蔥圈架構、整潔架構、還是COLA架構,都提倡以業務為核心,解耦外部依賴,分離業務復雜度和技術復雜度

應用架構的本質,就是要從繁雜的業務系統中提煉出共性,找到解決業務問題的最佳共同模式,為開發人員提供統一的認知,治理混亂,幫助應用系統“從混亂到有序”,COLA架構就是為此而生,其核心職責就是定義良好的應用結構,提供最佳實踐

COLA 架構

自從COLA誕生以來,已經被使用在很多的業務系統里面,有CRM的業務,有電商的業務,有物流的業務,有外賣業務,有排課系統… COLA作為應用架構,有一定的普適性,是因為業務問題都有一定的共性,例如,典型的業務系統都需要:

  • 接收request,回應response;
  • 做業務邏輯處理,像校驗引數,狀態流轉,業務計算等等;
  • 和外部系統有聯動,像資料庫,微服務,搜索引擎等;

正是有這樣的共性存在,才會有很多普適的架構思想出現,比如分層架構、六邊形架構、洋蔥圈架構、整潔架構(Clean Architecture)、DDD架構等等,

這些應用架構思想雖然很好,但我們很多同學還是“不講Co德,明白了很多道理,可還是過不好這一生”,問題就在于缺乏實踐和指導,COLA的意義就在于,他不僅是思想,還提供了可落地的實踐,應該是為數不多的應用架構層面的開源軟體,

分層結構

假如你是一個公司的CTO要管100號人,你怎么管?按照管理學的定義,一個人的管理幅度如果超過10個,管理就會變得很困難,因此,管100號人,你可以把他們分成10個小組,這樣你管理10個小組長就好了,

所有的復雜系統都會呈現出層級結構,管理如此,軟體設計也不例外,你能想象如果網路協議不是四層,而是一層,意味著,你要在應用層去處理鏈路層的bit資料流會是怎樣的情景嗎?同樣,應用系統處理復雜業務邏輯也應該是分層的,下層對上層屏蔽處理細節,每一層各司其職,分離關注點,而不是一個ServiceImpl解決所有問題

對于一個典型的業務應用系統來說,COLA會做如下層次定義,每一層都有明確的職責定義:

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1)適配層(Adapter Layer):負責對前端展示(web,wireless,wap)的路由和適配,對于傳統B/S系統而言,adapter就相當于MVC中的controller;

2)應用層(Application Layer):主要負責獲取輸入,組裝背景關系,引數校驗,呼叫領域層做業務處理,如果需要的話,發送訊息通知等,層次是開放的,應用層也可以繞過領域層,直接訪問基礎實施層;

3)領域層(Domain Layer):主要是封裝了核心業務邏輯,并通過領域服務(Domain Service)和領域物件(Domain Entity)的方法對App層提供業務物體和業務邏輯計算,領域是應用的核心,不依賴任何其他層次;

4)基礎實施層(Infrastructure Layer):主要負責技術細節問題的處理,比如資料庫的CRUD、搜索引擎、檔案系統、分布式服務的RPC等,此外,領域防腐的重任也落在這里,外部依賴需要通過gateway的轉義處理,才能被上面的App層和Domain層使用,

包結構

分層是屬于大粒度的職責劃分,太粗,我們有必要往下再down一層,細化到包結構的粒度,才能更好的指導我們的作業,

還是拿一堆玩具舉例子,分層類似于拿來了一個架子,分包類似于在每一層架子上又放置了多個收納盒,所謂的內聚,就是把功能類似的玩具放在一個盒子里,這樣可以讓應用結構清晰,極大的降低系統的認知成本和維護成本
image.png

那么,對于一個后端應用來說,應該需要哪些收納盒呢?這一塊的設計真可謂是費了老鼻子勁了,基本上每一次COLA的迭代都會涉及到包結構的調整,迭代到現在,才算基本穩定下來,
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各個包結構的簡要功能描述,如下表所示:

層次包名功能必選
Adapter層web處理頁面請求的Controller
Adapter層wireless處理無線端的適配
Adapter層wap處理wap端的適配
App層executor處理request,包括command和query
App層consumer處理外部message
App層scheduler處理定時任務
Domain層model領域模型
Domain層ability領域能力,包括DomainService
Domain層gateway領域網關,解耦利器
Infra層gatewayimpl網關實作
Infra層mapperibatis資料庫映射
Infra層config配置資訊
Client SDKapi服務對外透出的API
Client SDKdto服務對外的DTO

你可能會有疑問,為什么Domain的model是可選的?因為COLA是應用架構,不是DDD架構,在作業中,很多同學問我領域模型要怎么設計,我的回答通常是:無有必要勿增物體,領域模型對設計能力要求很高,沒把握用好,一個錯誤的抽象還不如不抽象,寧可不要用,也不要濫用,不要為了DDD而DDD,

問題的關鍵是要看,新增的模型沒有給你帶來收益,比如有沒有幫助系統解耦,有沒有提升業務語意表達能力的提升,有沒有提升系統的可維護性和可測性等等,

模型雖然可選,但DDD的思想是一定要去學習和貫徹的,特別是統一語言、邊界背景關系、防腐層的思想,值得深入學習,仔細體會,實際上,COLA里面的很多設計思想都來自于DDD,其中就包括領域包的設計

前面的包定義,都是功能維度的定義,為了兼顧領域維度的內聚性,我們有必要對包結構進行一下微調,即頂層包結構應該是按照領域劃分,讓領域內聚,

也就是說,我們要綜合考慮功能和領域兩個維度包結構定義,按照領域和功能兩個維度分包策略,最后呈現出來的,是如下圖所示的頂層包節點是領域名稱,領域之下,再按功能劃分包結構,
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例如,在我們剛剛上線的一個云店鋪(cloudstore)專案中,按照COLA的分包策略,我們在每一個module下面首先按照領域做一個頂層劃分,然后在領域內,再按照功能進行分包,
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解耦

“高內聚,低耦合”這句話,你作業的越久,就越會覺得其有道理,

所謂耦合就是聯系的緊密程度,只要有依賴就會有耦合,不管是行程內的依賴,還是跨行程的RPC依賴,都會產生耦合,依賴不可消除,同樣,耦合也不可避免,我們所能做的不是消除耦合,而是把耦合降低到可以接受的程度,在軟體設計中,有大量的設計模式,設計原則都是為了解耦這一目的,

在DDD中有一個很棒的解耦設計思想——防腐層(Anti-Corruption),簡單說,就是應用不要直接依賴外域的資訊,要把外域的資訊轉換成自己領域背景關系(Context)的物體再去使用,從而實作本域和外部依賴的解耦,

在COLA中,我們把AC這個概念進行了泛化,將資料庫、搜索引擎等資料存盤都列為外部依賴的范疇,利用依賴倒置,統一使用gateway來實作業務領域和外部依賴的解耦

其實作方式如下圖所示,主要是在Domain層定義Gateway介面,然后在Infrastructure提供Gateway介面的實作,
image.png

舉個例子,假如有一個電商系統,對于下單這個操作,它需要聯動訂單服務、商品服務、庫存服務、營銷服務等多個系統才能完成,

那么在訂單域,該如何獲取商品和庫存資訊呢?最直接的方式,無外乎就是RPC呼叫商品和庫存服務,拿到DTO直接使用就完了,

然而,商品域吐出的是一個大而全的DTO(可能包含幾十個欄位),而在下單這個階段,訂單所需要的可能只是其中幾個欄位而已,更合適的做法,應該是在訂單域中,使用gateway對商品域和庫存域的依賴進行解耦,
image.png

這樣做有兩個好處,一個是降低了對外域資訊依賴的耦合;另一個是通過背景關系映射(Context mapping),確保本領域邊界背景關系(Bounded context)下領域知識的完整性,實作了統一語言(Ubiquitous language),

COLA Archetype

以上就是COLA架構的核心內容了,然而這么多module,這么多package,如果要手動去創建的話,是非常繁瑣和費時的,為了能夠快速創建滿足COLA架構的應用,我創建了兩個Maven Archetype,

  1. 一個是用來創建純后端服務的archetype:cola-archetype-service,
  2. 一個是用來創建adapter和后端服務一體的web應用archetype:cola-archetype-web,

另外,你也可以使用阿里云的應用生成器去生成一個COLA應用,只是那邊的版本沒有同步更新,可能會老舊一點,

COLA組件

使用過老版本COLA的同學,應該知道,COLA除了架構之外,還提供了一些框架級別的功能,比如攔截器功能,擴展點功能等,

之前,這種框架功能和架構混淆在一起,會讓人以為使用COLA,就必須要使用這些功能,實際上二者是可以分開使用的,也就是說,你可以單純的使用COLA架構,而不使用任何COLA組件提供的功能也是完全沒問題的

當然,我還是強烈推薦你可以有選擇的使用這些COLA組件,畢竟這些組件都是我們在實際作業中的總結沉淀,其復用性和價值是被反復驗證過的,

為了方便管理,以及更清晰的把架構和框架區分開來,在此次COLA 4.0的升級中,我把這些功能組件全部收攏到了cola-components下面,到目前為止,我們已經沉淀了以下組件:

組件名稱功能版本依賴
cola-component-dto定義了DTO格式,包括分頁1.0.0
cola-component-exception定義了例外格式,
主要有BizException和SysException
1.0.0
cola-component-statemachine狀態機組件1.0.0
cola-component-domain-starterSpring托管的領域物體組件1.0.0
cola-component-catchlog-starter例外處理和日志組件1.0.0exception
,dto組件
cola-component-extension-starter擴展點組件1.0.0
cola-component-test-container測驗容器組件1.0.0

這些組件是一個良好的開端,我相信,在未來會有更多有用的組件加入,當然,作為一個開源專案,如果你有好的組件idea,歡迎你隨時為這個組件庫添磚加瓦,

COLA 4.0

總結一下,在本次COLA升級中,我們進一步明確了架構和框架功能的定義,升級之后,如下圖所示,COLA會被分成COLA架構和COLA組件兩個部分:

  1. COLA架構:關注應用架構的定義和構建,提升應用質量,
  2. COLA組件:提供應用開發所需要的可復用組件,提升研發效率,

image.png

COLA 開源地址: https://github.com/alibaba/COLA

你可以按照以下步驟去使用COLA:

** 第一步:安裝 cola archetype **
下載cola-archetypes下的原始碼到本地,然后本地運行mvn install安裝,

** 第二步:安裝 cola components **
下載cola-components下的原始碼到本地,然后本地運行mvn install安裝,

** 第三步:創建應用 **
執行以下命令:

mvn archetype:generate  -DgroupId=com.alibaba.demo -DartifactId=demoWeb -Dversion=1.0.0-SNAPSHOT -Dpackage=com.alibaba.demo -DarchetypeArtifactId=cola-framework-archetype-web -DarchetypeGroupId=com.alibaba.cola -DarchetypeVersion=4.0.0

命令執行成功的話,會看到如下的應用代碼結構:
demo

** 第四步:運行應用 **
首先在demoWeb目錄下運行mvn install(如果不想運行測驗,可以加上-DskipTests引數),然后進入start目錄,執行mvn spring-boot:run,
運行成功的話,可以看到SpringBoot啟動成功的界面,

生成的應用中,已經實作了一個簡單的Rest請求,可以在瀏覽器中輸入 http://localhost:8080/helloworld 進行測驗,

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