如何突破编程技术瓶颈？
看过武侠小说或电影的，或许都在其中悟出过一个道理，从高手成为绝顶高手，或许只在一线之间。而正是这小小的一步，却是差之毫厘，失之千里。在编程世界里，同样是这个道理。看到很多编程的小伙伴都曾困惑，感觉自己已经学习了很多框架，也相对掌握了几门计算机编程语言，却感觉自己的编程思维与能力，达到了瓶颈，不知该如何进行自我突破。那么我的建议是，我们应该从关注软件框架的高度，上升到关注软件设计模式的高度。
软件框架VS软件架构设计模式:
还是借用武侠小说中的例子，普通高手练的是剑招，绝顶高手练的是剑气，而武功的最高境界便是无招胜有招，无形胜有形。在编程中的道理也是如此，软件框架就是具体的招式，软件设计模式就是一种理论指导，是指导实践的方法论，是无形的东西。而这才是真正解决实际问题时，以不变应万变的精髓所在。
下面，我们共同来了解下常见的软件架构模式：
一、分层架构模式
分层架构模式是比较常见的软件架构，这种架构将软件分成若干个水平层，每一层分层体系结构模式的每一层在应用程序中都有一个特定的角色和职责。分层架构模式的强大特性之一是组件之间的关注点分离。 特定层中的组件只处理属于该层的逻辑，层与层之间通过定义接口进行通信。
表现层（presentation）：用户界面，负责视觉和用户互动
业务层（business）：实现业务逻辑
服务层（Services）: 提供共享服务
持久层（persistence）：提供数据，SQL 语句就放在这一层
数据库（database） ：保存数据
模式分析
整体敏捷度低
易于部署:低
可测试性:高
性能等级:低
虽然有些分层架构确实可以执行得很好，但是由于必须通过多层架构来满足业务请求的低效率，这种模式并不适合高性能应用程序。
可扩展性等级:低
由于此模式的紧密耦合和单块实现的趋势，使用此体系结构模式构建的应用程序通常难以伸缩。
易于开发性:高
优点
1. 结构简单，容易理解和开发
2. 不同技能的程序员可以分工，负责不同的层，天然适合大多数软件公司的组织架构
3. 每一层都可以独立测试，其他层的接口通过模拟解决
缺点
1. 一旦环境变化，需要代码调整或增加功能时，通常比较麻烦和费时
2. 部署比较麻烦，即使只修改一个小地方，往往需要整个软件重新部署，不容易做持续发布
3. 软件升级时，可能需要整个服务暂停
4. 扩展性差。用户请求大量增加时，必须依次扩展每一层，由于每一层内部是耦合的，扩展会很困难
二、事件驱动模式
事件驱动架构模式是一种流行的分布式异步架构模式，用于生成高度可伸缩的应用程序。 它也具有高度的适应性，可以用于小型应用程序，也可以用于大型、复杂的应用程序。 事件驱动的体系结构由高度解耦的、单一用途的事件处理组件组成，这些组件异步接收和处理事件。
该模式的构成：
· 事件队列（event queue）：接收事件的入口
· 分发器（event mediator）：将不同的事件分发到不同的业务逻辑单元
· 事件通道（event channel）：分发器与处理器之间的联系渠道
· 事件处理器（event processor）：实现业务逻辑，处理完成后会发出事件，触发下一步操作
模式分析
总体敏捷度:高
易于部署性:高
可测试性评价:低
此模式的异步特性使测试变得复杂。
性能等级:高
可伸缩性等级:高
通过高度独立和解耦的事件处理器，这种模式自然实现了可伸缩性。 每个事件处理器都可以单独伸缩，从而支持细粒度的可伸缩性。
易于开发性:低
由于模式的异步特性以及契约的创建，以及对于无响应的事件处理器和失败的代理在代码中需要更高级的错误处理条件，开发可能会有些复杂。
优点
1. 分布式的异步架构，事件处理器之间高度解耦，软件的扩展性好
2. 适用性广，各种类型的项目都可以用
3. 性能较好，因为事件的异步本质，软件不易产生堵塞
4. 事件处理器可以独立地加载和卸载，容易部署
缺点
· 涉及异步编程（要考虑远程通信、失去响应等情况），开发相对复杂
· 难以支持原子性操作，因为事件通过会涉及多个处理器，很难回滚
· 分布式和异步特性导致这个架构较难测试
三、微内核模式
微内核体系结构模式(也被称为插件体系结构模式)是实现第三方产品打包并以版本提供下载的自然模式。 微内核架构模式由两种类型的架构组件组成:核心系统和插件模块。 应用程序逻辑被划分为独立插件模块和基本核心系统，提供可扩展性、灵活性以及应用程序特性和自定义处理逻辑的隔离。
模式分析
总体敏捷度:高
易于部署性:高
根据模式的实现方式，插件模块可以在运行时动态地添加到核心系统(如热部署)，从而最大限度地减少部署期间的停机时间。
可测试性等级:高
插件模块可以单独测试，可以很容易地被核心系统模拟，以演示或原型一个特定的功能，几乎或没有改变核心系统。
性能等级:高
可扩展性等级:低
大多数微内核架构实现都是基于产品的，而且通常规模较小，它们是作为单个单元实现的，因此伸缩性不高。
易于开发性:低
微内核架构需要深思熟虑的设计和契约治理，这使得它的实现相当复杂。
优点
1. 良好的功能延伸性（extensibility），需要什么功能，开发一个插件即可
2. 功能之间是隔离的，插件可以独立的加载和卸载，使得它比较容易部署，
3. 可定制性高，适应不同的开发需要
4. 可以渐进式地开发，逐步增加功能
缺点
· 扩展性（scalability）差，内核通常是一个独立单元，不容易做成分布式
· 开发难度相对较高，因为涉及到插件与内核的通信，以及内部的插件登记机制
四、微服务模式
微服务架构（microservices architecture）是服务导向架构（service-oriented architecture，缩写 SOA）的升级。微服务体系结构模式作为独立应用程序和面向服务的体系结构的可行选择。
每一个服务就是一个独立的部署单元（separately deployed unit）。这些单元都是分布式的，互相解耦，通过远程通信协议（比如REST、SOAP）联系。
微服务架构分成三种实现模式：
· RESTful API 模式：服务通过 API 提供，云服务就属于这一类
· RESTful 应用模式：服务通过传统的网络协议或者应用协议提供，背后通常是一个多功能的应用程序，常见于企业内部
· 集中消息模式：采用消息代理（message broker），可以实现消息队列、负载均衡、统一日志和异常处理，缺点是会出现单点失败，消息代理可能要做成集群
模式分析
总体敏捷度:高
由于采用了单独部署单元的概念，因此更改通常与单个服务组件隔离，从而允许快速而简单地部署。
易于部署:高
由于远程服务的细粒度和独立性，微服务模式的部署特征率非常高。 服务通常作为独立的软件单元部署，因此可以在白天或晚上的任何时间进行"热部署"。
可测试性等级:高
由于将业务功能分离和隔离到独立的应用程序中，可以确定测试的范围，允许进行更有针对性的测试工作。
性能等级:低
由于微服务体系结构模式的分布式特性，该模式本身并不适合高性能应用程序。
可伸缩性等级:高
由于应用程序被分解为单独部署的单元，每个服务组件可以单独伸缩，从而允许对应用程序进行微调伸缩。
易于开发:高
由于功能被隔离到独立的服务组件中，因此由于较小的隔离范围，开发变得更容易。 开发人员在一个服务组件中做出影响其他服务组件的更改的可能性很小，因此减少了开发人员或开发团队之间所需的协调。
优点
1. 扩展性好，各个服务之间低耦合
2. 容易部署，软件从单一可部署单元，被拆成了多个服务，每个服务都是可部署单元
3. 容易开发，每个组件都可以进行持续集成式的开发，可以做到实时部署，不间断地升级
4. 易于测试，可以单独测试每一个服务
缺点
· 由于强调互相独立和低耦合，服务可能会拆分得很细。这导致系统依赖大量的微服务，变得很凌乱和笨重，性能也会不佳。
· 一旦服务之间需要通信（即一个服务要用到另一个服务），整个架构就会变得复杂。典型的例子就是一些通用的 Utility 类，一种解决方案是把它们拷贝到每一个服务中去，用冗余换取架构的简单性。
· 分布式的本质使得这种架构很难实现原子性操作，交易回滚会比较困难。
五、云架构模式
云结构（cloud architecture）主要解决扩展性和并发的问题，是最容易扩展的架构。
它的高扩展性，主要原因是没使用中央数据库，而是把数据都复制到内存中，变成可复制的内存数据单元。然后，业务处理能力封装成一个个处理单元（prcessing unit）。访问量增加，就新建处理单元；访问量减少，就关闭处理单元。由于没有中央数据库，所以扩展性的最大瓶颈消失了。由于每个处理单元的数据都在内存里，最好要进行数据持久化。
这个模式主要分成两部分：
· 处理单元：实现业务逻辑
· 虚拟中间件：负责通信、保持sessions、数据复制、分布式处理、处理单元的部署。
虚拟中间件又包含四个组件:
· 消息中间件（Messaging Grid）：管理用户请求和session，当一个请求进来以后，决定分配给哪一个处理单元。
· 数据中间件（Data Grid）：将数据复制到每一个处理单元，即数据同步。保证某个处理单元都得到同样的数据。
· 处理中间件（Processing Grid）：可选，如果一个请求涉及不同类型的处理单元，该中间件负责协调处理单元
· 部署中间件（Deployment Manager）：负责处理单元的启动和关闭，监控负载和响应时间，当负载增加，就新启动处理单元，负载减少，就关闭处理单元。
模式分析
总体敏捷度:高
易于部署：高
云架构通常不是解耦和分布式的，但它们是动态的，而且复杂的基于云的工具允许应用程序很容易"推出"到服务器，从而简化部署。
可测试性评价:低
在测试环境中实现非常高的用户负载既昂贵又耗时，使得测试应用程序的可伸缩性方面变得困难。
性能等级:高
通过构建到该模式中的内存数据访问和缓存机制实现了高性能。
可伸缩性等级:高
高可伸缩性来自于很少或不依赖于集中式数据库的事实，因此从本质上消除了可伸缩性等式中的这个限制瓶颈。
易于开发:低
成熟的缓存和内存中的数据网格产品使得该模式的开发相对复杂。
优点
1. 高负载，高扩展性
2. 动态部署
缺点
· 实现复杂，成本较高
· 主要适合网站类应用，不合适大量数据吞吐的大型数据库应用
· 较难测试
常见的软件框架实例及应用
· Java 的 SpringMVC、Dubbo
· Python 的 Diango、Tornodo
· Php 的 Laravel 、ThinkPHP
· Javascript 的 Vue、Angular、React
写在最后
大多数框架的设计模式都基本可以从上边的设计模式中找到原型，复杂的框架也只是多种设计模式的组合运用。当我们了解了设计模式后，再去分析框架的时候，就会有焕然一新、豁然开朗的心境。当我们在理解设计模式的基础上，去学习新的框架或语言，也会在理解上以及应用效率上得到显著提升。