[架构模式] 架构设计师与SOA（一）

萧闫子

SOA(Service-Oriented Architecture)，即面向服务的架构，这是最近一两年出现在各种技术期刊上最多的词汇了。现在有很多架构设计师和设计开发人员简单的把SOA和Web Services技术等同起来，认为SOA就是Web Service的一种实现。本质上来说，SOA体现的是一种新的系统架构，SOA的出现，将为整个企业级软件架构设计带来巨大的影响。本系列两部分文章将根据作者自己的理解来帮助大家分析和了解什么是SOA架构，SOA将怎样对企业系统架构设计带来积极的影响，什么是SOA架构设计师的角色，以及SOA架构师在设计SOA系统架构时有哪些应该特别注意的地方。
1. 什么是架构?什么是基于SOA的架构?
1.1 什么是架构
从架构设计师的角度来看，架构就是一套构建系统的准则。通过这套准则，我们可以把一个复杂的系统划分为一套更简单的子系统的集合，这些子系统之间应该保持相互独立，并与整个系统保持一致。而且每一个子系统还可以继续细分下去，从而构成一个复杂的企业级架构。
当一名架构设计师在构建某个企业级的软件系统时，除了要考虑这个系统的架构以及其应具有的功能行为以外，还要关注整个架构的可用性，性能问题，容错能力，可重用性，安全性，扩展性，可管理维护性，可靠性等各个相关方面。有的时候一名好的架构设计师甚至还需要考虑所构建的系统架构是否合乎美学要求。由此我们可以看到，我们衡量一个好的架构设计并不能只从功能角度出发，还要考虑很多其他的因素，对任何一个方面的欠缺考虑都有可能为整个系统的构建埋下隐患。
1.2 什么是基于SOA的架构
SOA本身就是一种面向企业级服务的系统架构，简单来说，SOA就是一种进行系统开发的新的体系架构，在基于SOA架构的系统中，具体应用程序的功能是由一些松耦合并且具有统一接口定义方式的组件(也就是service)组合构建起来的。因此，基于SOA的架构也一定是从企业的具体需求开始构建的。但是，SOA和其它企业架构的不同之处就在于SOA提供的业务灵活性。业务灵活性是指企业能对业务变更快速和有效地进行响应、并且利用业务变更来得到竞争优势的能力。对企业级架构设计师来说，创建一个业务灵活的架构意味着创建一个可以满足当前还未知的业务需求的IT架构。
利用基于SOA的系统构建方法，如图1中所示的一样，一个基于SOA架构的系统中的所有的程序功能都被封装在一些功能模块中，我们就是利用这些已经封装好的功能模块组装构建我们所需要的程序或者系统，而这些功能模块就是SOA架构中的不同的服务(services)。

                               
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图1
因此，SOA架构本质上来说体现了一种复合的概念:它不仅为一个企业中商业流程的组织和实现提供了一种指导模式，同时也为具体的底层service开发提供了指导。
2. SOA架构设计师的角色
2.1 SOA架构设计师应该具备什么?
谈到SOA架构设计师的角色，我们首先要了解架构设计师应具有的能力。总体上来说，一个好的架构设计师不仅应该是一个成熟的，具有实际经验的并具有快速学习能力的人，而且他还应该具有良好的管理能力和沟通能力。只有具备了必需的能力，架构设计师才能在关键的时刻作出困难的决定，这就是一名架构设计师应该承担的责任。从角色上来看，SOA 架构师不仅会负责端到端的服务请求者和提供者的设计，并且会负责对系统中非功能服务请求的调研和表述。
对于任何一名经验丰富的架构设计师来说，不论他是采用基于传统的架构设计方法(基于J2EE架构或者.NET架构)还是采用基于SOA的架构设计方法来构建一个企业级的系统架构，具有相关商业领域的知识对于架构设计师来说都是必不可少的，架构设计师往往可以通过实际的工作经验积累以及接受相关的专项培训来获得这些商业领域的知识。除了具有相关商业领域的知识以外，一名合格的架构设计师必须具有较广泛的技术背景，这可能包括软硬件，通信，安全等各个方面的知识。但这并不是意味着要成为一名架构设计师就必须熟悉每一门具体技术的细节，架构设计师必须至少能对各种技术有一个整体上的了解，能够熟知每种技术的特点以及优缺点，只有这样架构设计师才能在特定的应用场景下正确地选择各种技术来设计企业整体架构。
2.2 什么是SOA架构设计师的职责?
那什么是企业级SOA架构设计师的具体角色呢?什么是SOA架构设计师与设计和开发人员之间的差别呢?相信这些都是使大家最容易产生迷惑的问题。举个实际的例子来说，当构建一个基于SOA架构的系统的时候，针对一个具体的 service，系统设计人员主要应该关注的是这个service能够为外部用户提供什么样的服务，也就是说系统设计人员关注的是这个service所提供的功能。而对于SOA架构设计师来说，他们更关心的可能是当有一千个用户同时调用这个 service的时候，什么会发生?也就是说架构设计师关注的应该是一些商业需求和服务级别(service-level)需求。所有的架构设计师的角色都包含了在构建一个系统的一开始就应该尽量减少可能存在的技术风险。而技术风险一般指的是一切未知的、未经证明的或未经测试所带来的风险。这些风险通常与服务级别(service-level)需求相关，偶尔也会与企业具体的业务需求相关。无论是哪种类型的风险，在项目初期设计整体系统架构的过程中更易于发掘这些风险，如果等到架构实施时再发觉这些风险，那么很可能会致使大量的开发人员等在那里，直到这些风险被妥善解决。如果进一步的细化，我们可以看到SOA架构设计师的主要任务包括对整个系统解决方案轮廓的构建，需求分析，对体系结构的整体决策，相关组件建模，相关操作建模，系统组件的逻辑和物理布局设计。
作为SOA架构设计师必须要能够领导整个开发团队，这样才能保证设计和开发人员是按照构建好的系统架构来开发整个系统的，这一点十分的重要。这就要求一名架构设计师不仅要有很好的技术洞察力，同时还要具有一定的项目管理和项目实施的能力。在系统开发的过程中，架构设计师必须要有良好的沟通和表达能力，这就体现在由架构设计师构建的系统模型是否具有很好的可读性和易理解性。如果由架构设计师构造出的系统模型不是很清晰的话，就可能会影响设计和开发人员对于整个系统架构的理解。为了避免这种情况的出现，定期由架构设计师主持的开发团队内部讨论是十分重要的。
3. 构建SOA架构时应该注意的问题
3.1 原有系统架构中的集成需求
当架构师基于SOA来构建一个企业级的系统架构的时候，一定要注意对原有系统架构中的集成需求进行细致的分析和整理。我们都知道，面向服务的体系结构是当前及未来应用程序系统开发的重点，面向服务的体系结构本质上来说是一种具有特殊性质的体系结构，它由具有互操作性和位置透明的组件集成构建并互连而成。基于SOA的企业系统架构通常都是在现有系统架构投资的基础上发展起来的，我们并不需要彻底重新开发全部的子系统;SOA可以通过利用当前系统已有的资源(开发人员、软件语言、硬件平台、数据库和应用程序)来重复利用系统中现有的系统和资源。SOA是一种可适应的、灵活的体系结构类型，基于SOA构建的系统架构可以在系统的开发和维护中缩短产品上市时间，因而可以降低企业系统开发的成本和风险。因此，当SOA架构师遇到一个十分复杂的企业系统时，首先考虑的应该是如何重用已有的投资而不是替换遗留系统，因为如果考虑到有限的预算，整体系统替换的成本是十分高昂的。
当SOA架构师分析原有系统中的集成需求的时候，不应该只限定为基于组件构建的已有应用程序的集成，真正的集成比这要宽泛得多。在分析和评估一个已有系统体系结构的集成需求时，我们必须考虑一些更加具体的集成的类型，这主要包括以下几个方面:应用程序集成的需求，终端用户界面集成的需求，流程集成的需求以及已有系统信息集成的需求。当SOA架构师分析和评估现有系统中所有可能的集成需求的时候，我们可以发现实际上所有集成方式在任何种类的企业中都有一定程度的体现。针对不同的企业类型，这些集成方式可能是简化的，或者没有明确地进行定义的。因而，SOA架构师在着手设计新的体系结构框架时，必须要全面的考虑所有可能的集成需求。例如，在一些类型的企业系统环境中可能只有很少的数据源类型，因此，系统中对消息集成的需求就可能会很简单，但在一些特定的系统中，例如航运系统中的EDI(Electronic Data Interchange 电子数据交换)系统，会有大量的电子数据交换处理的需求，因此也就会存在很多不同的数据源类型，在这种情况下整个系统对于消息数据的集成需求就会比较复杂。因此，如果SOA架构师希望所构建的系统架构能够随着企业的成长和变化成功地继续得以保持，则整个系统构架中的集成功能就应该由服务提供，而不是由特定的应用程序来完成。
3.2 服务粒度的控制以及无状态服务的设计
当SOA架构师构建一个企业级的SOA系统架构的时候，关于系统中最重要的元素，也就是SOA系统中的服务的构建有两点需要特别注意的地方:首先是对于服务粒度的控制，另外就是对于无状态服务的设计。
服务粒度的控制
SOA系统中的服务粒度的控制是一项十分重要的设计任务。通常来说，对于将暴露在整个系统外部的服务推荐使用粗粒度的接口，而相对较细粒度的服务接口通常用于企业系统架构的内部。从技术上讲，粗粒度的服务接口可能是一个特定服务的完整执行，而细粒度的服务接口可能是实现这个粗粒度服务接口的具体的内部操作。 举个例子来说，对于一个基于SOA架构的网上商店来说，粗粒度的服务可能就是暴露给外部用户使用的提交购买表单的操作，而系统内部的细粒度的服务可能就是实现这个提交购买表单服务的一系列的内部服务，比如说创建购买记录，设置客户地址，更新数据库等一系列的操作。虽然细粒度的接口能为服务请求者提供了更加细化和更多的灵活性，但同时也意味着引入较难控制的交互模式易变性,也就是说服务的交互模式可能随着不同的服务请求者而不同。如果我们暴露这些易于变化的服务接口给系统的外部用户，就可能造成外部服务请求者难于支持不断变化的服务提供者所暴露的细粒度服务接口。而粗粒度服务接口保证了服务请求者将以一致的方式使用系统中所暴露出的服务。虽然面向服务的体系结构(SOA)并不强制要求一定要使用粗粒度的服务接口，但是建议使用它们作为外部集成的接口。通常架构设计师可以使用BPEL来创建由细粒度操作组成的业务流程的粗粒度的服务接口。
无状态服务的设计
SOA系统架构中的具体服务应该都是独立的、自包含的请求，在实现这些服务的时候不需要前一个请求的状态，也就是说服务不应该依赖于其他服务的上下文和状态，即SOA架构中的服务应该是无状态的服务。当某一个服务需要依赖时，我们最好把它定义成具体的业务流程(BPEL)。在服务的具体实现机制上，我们可以通过使用 EJB 组件来实现粗粒度的服务。我们通常会利用无状态的Session Bean来实现具体的服务，如果基于Web Service技术，我们就可以将无状态的Session Bean暴露为外部用户可以调用的到的Web服务，也就是把传统的Session Facade模型转化为了 EJB 的Web服务端点，这样，我们就可以向 Web 服务客户提供粗粒度的服务。
如果我们要在 J2EE的环境下(基于WebSphere)构建Web服务，Web 服务客户可以通过两种方式访问 J2EE 应用程序。客户可以访问用 JAX-RPC API 创建的 Web 服务(使用 Servlet 来实现);Web 服务客户也可以通过 EJB的服务端点接口访问无状态的Session Bean，但Web 服务客户不能访问其他类型的企业Bean，如有状态的Session Bean，实体Bean和消息驱动Bean。后一种选择(公开无状态 EJB 组件作为 Web 服务)有很多优势，基于已有的EJB组件，我们可以利用现有的业务逻辑和流程。在许多企业中，现有的业务逻辑可能已经使用 EJB 组件编写，通过 Web 服务公开它可能是实现从外界访问这些服务的最佳选择。EJB 端点是一种很好的选择，因为它使业务逻辑和端点位于同一层上。另外EJB容器会自动提供对并发的支持，作为无状态Session Bean实现的 EJB 服务端点不必担心多线程访问，因为 EJB 容器必须串行化对无状态会话 bean 任何特定实例的请求。 由于EJB容器都会提供对于Security和Transaction的支持，因此Bean的开发人员可以不需要编写安全代码以及事务处理代码。 性能问题对于Web服务来说一直都是一个问题，由于几乎所有 EJB 容器都提供了对无状态会话 Bean 群集的支持以及对无状态Session Bean 池与资源管理的支持，因此当负载增加时，可以向群集中增加机器，Web 服务请求可以定向到这些不同的服务器，同时由于无状态Session Bean 池改进了资源利用和内存管理，使 Web 服务能够有效地响应多个客户请求。由此我们可以看到，通过把 Web 服务模型化为 EJB 端点，可以使服务具有更强的可伸缩性，并增强了系统整体的可靠性。
4. 结束语
本文简要介绍了有关架构设计师以及SOA架构的知识，分析了SOA架构师在设计SOA系统架构时有哪些应该特别注意的地方。
本文的第二部分将向您介绍在构建基于SOA架构的企业系统时应该怎样保证所构建的系统架构能够满足系统中不同的服务级别需求。从架构设计师的角度，SOA是一种新的设计模式，方法学。因此，SOA本身涵盖了很多的内容，也触及到了系统整体架构设计、实现、维护等各个方面。本文的内容只是涉及到了有关于架构方面的一部分内容，希望能对广大的SOA系统开发设计人员起到一定的帮助作用。