分層架構(gòu)風(fēng)格，也稱為n層架構(gòu)風(fēng)格，是最常見(jiàn)的架構(gòu)風(fēng)格之一。這種風(fēng)格的架構(gòu)是大多數(shù)應(yīng)用程序的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，主要是因?yàn)樗?jiǎn)單、友好并且成本低。根據(jù)康威定律，使用分層架構(gòu)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序也是一種非常自然的方式，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組織最終會(huì)產(chǎn)生與組織架構(gòu)相同的設(shè)計(jì)。在大多數(shù)組織中，都有用戶界面（UI）開(kāi)發(fā)人員、后端開(kāi)發(fā)人員、規(guī)則開(kāi)發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫(kù)專家（DBA）這些角色。這些組織層很好地適應(yīng)了傳統(tǒng)分層架構(gòu)的各個(gè)層，使其成為許多業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的自然選擇。分層架構(gòu)風(fēng)格也分為幾種架構(gòu)反模式，包括隱含架構(gòu)反模式和偶然架構(gòu)反模式。如果一個(gè)開(kāi)發(fā)人員或架構(gòu)師不確定他們正在使用哪種架構(gòu)風(fēng)格，或者一個(gè)敏捷開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)“剛開(kāi)始編碼”，那么很有可能他們正在采用分層架構(gòu)風(fēng)格。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
組件在分層架構(gòu)中被組織成邏輯水平層，每個(gè)層在應(yīng)用中執(zhí)行特定的角色（例如表示邏輯或業(yè)務(wù)邏輯）。盡管對(duì)于必須存在的層的數(shù)量和類型沒(méi)有特定的限制，但是大多數(shù)分層體系結(jié)構(gòu)由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層組成：表示層、業(yè)務(wù)層、持久層和數(shù)據(jù)庫(kù)層，如圖10-1所示。在某些情況下，業(yè)務(wù)層和持久性層被組合成一個(gè)業(yè)務(wù)層，特別是當(dāng)持久性邏輯（如SQL或HSQL）嵌入到業(yè)務(wù)層組件中時(shí)。因此，較小的應(yīng)用可能只有三層，而更大和更復(fù)雜的業(yè)務(wù)應(yīng)用可能包含五層或更多。
圖10-2從物理分層（部署）的角度說(shuō)明了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變體。第一個(gè)變體將表示層、業(yè)務(wù)層和持久層組合到一個(gè)部署單元中，數(shù)據(jù)庫(kù)層通常表示為一個(gè)單獨(dú)的外部物理數(shù)據(jù)庫(kù)（或文件系統(tǒng)）。第二個(gè)變體在物理上將表示層劃分為單獨(dú)的部署單元，業(yè)務(wù)層和持久層合并為第二個(gè)部署單元。同樣，使用此變體，數(shù)據(jù)庫(kù)層在物理上通常通過(guò)外部數(shù)據(jù)庫(kù)或文件系統(tǒng)進(jìn)行分離。第三個(gè)變體將所有四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層組合到一個(gè)部署中，包括數(shù)據(jù)庫(kù)層。對(duì)于具有內(nèi)部嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)或內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的較小應(yīng)用程序，此變體可能很有用。許多內(nèi)部（“免費(fèi)”）產(chǎn)品都是使用第三種變體建設(shè)并交付給客戶的。
分層架構(gòu)風(fēng)格的每一層在架構(gòu)中都有特定的角色和責(zé)任。例如，表示層將負(fù)責(zé)處理所有用戶界面和瀏覽器通信邏輯，而業(yè)務(wù)層將負(fù)責(zé)執(zhí)行與請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的特定業(yè)務(wù)規(guī)則。架構(gòu)中的每一層圍繞滿足特定業(yè)務(wù)請(qǐng)求所需完成的工作形成一個(gè)抽象。例如，表示層不需要知道或擔(dān)心如何獲取客戶數(shù)據(jù)；它只需要在屏幕上以特定格式顯示這些信息。同樣，業(yè)務(wù)層也不需要關(guān)心如何格式化客戶數(shù)據(jù)以便在屏幕上顯示，甚至不需要知道客戶數(shù)據(jù)來(lái)自何處；業(yè)務(wù)層只需要從持久層獲取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯（例如計(jì)算值或聚合數(shù)據(jù)），并將這些信息傳遞到表示層。分層架構(gòu)風(fēng)格中的關(guān)注概念分離使得在架構(gòu)中構(gòu)建有效的角色和責(zé)任模型變得容易。例如，表示層中的組件只處理顯示邏輯，而駐留在業(yè)務(wù)層中的組件只處理業(yè)務(wù)邏輯。這使得開(kāi)發(fā)人員能夠利用他們特定的技術(shù)專長(zhǎng)來(lái)專注于特定領(lǐng)域的技術(shù)方面的內(nèi)容（例如表示邏輯或持久性邏輯）。然而，這種好處的代價(jià)是缺乏整體靈活性（快速響應(yīng)變化的能力）。
分層架構(gòu)是從技術(shù)上劃分的架構(gòu)（與領(lǐng)域劃分的架構(gòu)相反）。組件分組不是按領(lǐng)域（如客戶）分組，而是按它們?cè)诩軜?gòu)中的技術(shù)角色（如表示層或業(yè)務(wù)層）分組。這導(dǎo)致任何特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域都會(huì)分布在架構(gòu)的所有層中。例如，“客戶”領(lǐng)域邏輯包含在表示層、業(yè)務(wù)層、規(guī)則層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)庫(kù)層中，因此很難更改該領(lǐng)域的邏輯。因此，領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法不太適用于使用分層架構(gòu)風(fēng)格。
隔離層
分層架構(gòu)風(fēng)格中的每個(gè)層可以是封閉的，也可以是開(kāi)放的。封閉層意味著當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求自上而下地從一個(gè)層移動(dòng)到另一個(gè)層時(shí)，請(qǐng)求不能跳過(guò)任何層，而是必須通過(guò)它下面的層到達(dá)下一層（如圖10-3）。例如，在一個(gè)封閉的分層架構(gòu)中，來(lái)自表示層的請(qǐng)求必須首先經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)層，然后到達(dá)持久層，最后才能到達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)層。
在圖10-3中，表示層繞過(guò)任何不必要的層（在21世紀(jì)初被稱為快速通道閱讀器模式）直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)以進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢索請(qǐng)求會(huì)更快、更容易。要做到這一點(diǎn)，業(yè)務(wù)層和持久層必須是開(kāi)放的，允許請(qǐng)求繞過(guò)其他層。開(kāi)放層和封閉層哪個(gè)更好？這個(gè)問(wèn)題的答案在于一個(gè)被稱為隔離層的關(guān)鍵概念。
隔離層概念意味著在架構(gòu)的一個(gè)層中所做的更改通常不會(huì)影響其他層中的組件，只要這些層之間的契約保持不變。每一層都獨(dú)立于其他層，因此對(duì)架構(gòu)中其他層的內(nèi)部工作原理知之甚少或一無(wú)所知。但是，為了支持隔離層，與請(qǐng)求的流動(dòng)主干相關(guān)的層必須是封閉的。如果表示層可以直接訪問(wèn)持久層，那么對(duì)持久層所做的更改將同時(shí)影響業(yè)務(wù)層和表示層，從而產(chǎn)生一個(gè)耦合非常緊密的應(yīng)用，組件之間具有層間的相互依賴關(guān)系。這種類型的架構(gòu)會(huì)變得非常脆弱，變更會(huì)非常困難而且成本高昂。
隔離層概念還允許在不影響任何其他層的情況下替換架構(gòu)中的任何層（同樣，假設(shè)定義良好的契約和使用業(yè)務(wù)委托模式）。例如，您可以利用分層架構(gòu)風(fēng)格中的隔離層概念，在不會(huì)影響應(yīng)用中的任何其他層的情況下將舊的JavaServer Faces（JSF）表示層替換為React.js。
添加層
雖然封閉層有助于隔離層，因此有助于隔離架構(gòu)中的更改，但有時(shí)某些層開(kāi)放是有意義的。例如，假設(shè)業(yè)務(wù)層中有共享對(duì)象，這些對(duì)象包含業(yè)務(wù)組件的公共功能（例如日期和字符串實(shí)用程序類、審計(jì)類、日志類等等）。假設(shè)有一個(gè)架構(gòu)決策，表示層不能使用這些共享業(yè)務(wù)對(duì)象。這個(gè)約束如圖10-4所示，虛線從表示層組件到業(yè)務(wù)層中的共享業(yè)務(wù)對(duì)象。這個(gè)場(chǎng)景很難管理和控制，因?yàn)樵诩軜?gòu)上，表示層可以訪問(wèn)業(yè)務(wù)層，因此可以訪問(wèn)該層中的共享對(duì)象。
從架構(gòu)上強(qiáng)制執(zhí)行此限制的一種方法是向架構(gòu)添加一個(gè)包含所有共享業(yè)務(wù)對(duì)象的新服務(wù)層。現(xiàn)在添加這個(gè)新的層從架構(gòu)上限制表示層訪問(wèn)共享業(yè)務(wù)對(duì)象，因?yàn)闃I(yè)務(wù)層是封閉的（見(jiàn)圖10-5）。但是，新的服務(wù)層必須標(biāo)記為“開(kāi)放”；否則業(yè)務(wù)層將被迫通過(guò)服務(wù)層來(lái)訪問(wèn)持久層。將服務(wù)層標(biāo)記為“開(kāi)放”允許業(yè)務(wù)層訪問(wèn)該層（如實(shí)心箭頭所示），或者繞過(guò)該層并向下轉(zhuǎn)到下一層（如圖10-5中的虛線箭頭所示）。
利用開(kāi)放層和封閉層的概念有助于定義架構(gòu)層次和請(qǐng)求流之間的關(guān)系。它還為開(kāi)發(fā)人員提供了了解架構(gòu)中的各種層的訪問(wèn)限制的必要信息和指導(dǎo)。如果不能記錄或正確地傳達(dá)架構(gòu)中的哪些層是開(kāi)放的和封閉的（以及為什么），通常會(huì)導(dǎo)致緊密耦合和脆弱的架構(gòu)，這些架構(gòu)將很難測(cè)試、維護(hù)和部署。
其他考慮事項(xiàng)
當(dāng)還不知道最終將使用哪種架構(gòu)風(fēng)格時(shí)，分層架構(gòu)可以作為大多數(shù)應(yīng)用的一個(gè)良好的起點(diǎn)。在許多微服務(wù)工作的普遍實(shí)踐中，當(dāng)架構(gòu)師仍在確定微服務(wù)是否是正確的架構(gòu)選擇時(shí)，但開(kāi)發(fā)必須開(kāi)始。然而，當(dāng)使用這種技術(shù)時(shí)，一定要將重用保持在最低限度，并使對(duì)象層次結(jié)構(gòu)（繼承樹(shù)的深度）做夠的淺，以便保持良好的模塊化水平。這將有助于以后轉(zhuǎn)向另一種架構(gòu)風(fēng)格。
對(duì)于分層架構(gòu)，需要注意的一點(diǎn)是不要陷入污水池反模式。當(dāng)請(qǐng)求以簡(jiǎn)單的傳遞處理方式從一層移動(dòng)到另一層，而每個(gè)層中并沒(méi)有執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種反模式。例如，假設(shè)表示層響應(yīng)用戶的一個(gè)簡(jiǎn)單請(qǐng)求，以檢索基本的客戶數(shù)據(jù)（例如名稱和地址）。表示層將請(qǐng)求傳遞給業(yè)務(wù)層，業(yè)務(wù)層只將請(qǐng)求傳遞給規(guī)則層，而規(guī)則層只將請(qǐng)求傳遞給持久層，后者對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)層進(jìn)行簡(jiǎn)單的SQL調(diào)用以檢索客戶數(shù)據(jù)。然后，數(shù)據(jù)將一直回傳上去，而不需要額外的處理或邏輯來(lái)聚合、計(jì)算、應(yīng)用規(guī)則或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。這會(huì)導(dǎo)致不必要的對(duì)象實(shí)例化和處理，從而影響內(nèi)存消耗和性能。
每一個(gè)分層架構(gòu)都至少有一些場(chǎng)景陷入架構(gòu)污水池反模式。確定是否陷入架構(gòu)污水池反模式的關(guān)鍵是分析屬于這一類的請(qǐng)求的百分比。80-20規(guī)則通?？梢宰鳛楹芎玫呐袛鄬?shí)踐。例如，如果只有20%的請(qǐng)求是污水池，則可以接受。但是，如果80%的請(qǐng)求都是污水池，那么對(duì)于問(wèn)題域來(lái)說(shuō)分層架構(gòu)并不是合適的架構(gòu)風(fēng)格。另一種解決架構(gòu)污水池反模式的方法是讓架構(gòu)中的所有層都開(kāi)放，當(dāng)然，也要意識(shí)到，代價(jià)是在架構(gòu)中管理變更的難度會(huì)增加。
為什么使用分層架構(gòu)風(fēng)格
分層架構(gòu)風(fēng)格是小型、簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序或網(wǎng)站的好選擇。
對(duì)于預(yù)算和時(shí)間限制非常緊張的情況，分層架構(gòu)也是一個(gè)很好的架構(gòu)選擇，尤其是在開(kāi)始階段。由于架構(gòu)簡(jiǎn)單性和開(kāi)發(fā)人員和架構(gòu)師之間對(duì)這種架構(gòu)的熟悉度，分層架構(gòu)可能是成本最低的架構(gòu)風(fēng)格之一，有助于小型應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。當(dāng)架構(gòu)師仍在分析業(yè)務(wù)需求并且不確定哪種架構(gòu)風(fēng)格是最合適的時(shí)候，分層架構(gòu)風(fēng)格也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
隨著使用分層架構(gòu)風(fēng)格的應(yīng)用程序的不斷迭代，諸如可維護(hù)性、敏捷性、可測(cè)試性和可部署性等特性將受到不利影響。因此，使用分層架構(gòu)的大型應(yīng)用和系統(tǒng)可能更適合使用其他更模塊化的架構(gòu)風(fēng)格。
架構(gòu)特性評(píng)級(jí)
特性評(píng)級(jí)表中的一星級(jí)評(píng)級(jí)（如圖10-6所示）意味著特定的架構(gòu)特性在某種架構(gòu)中沒(méi)有得到很好的支持，而五星評(píng)級(jí)意味著架構(gòu)特性是某種架構(gòu)風(fēng)格中最強(qiáng)大的特性之一。記分卡中確定的每個(gè)特性的定義見(jiàn)第4章。
成本低廉和簡(jiǎn)單性是分層架構(gòu)風(fēng)格的主要優(yōu)勢(shì)。分層架構(gòu)本質(zhì)上是一個(gè)單體，它不具有與分布式架構(gòu)風(fēng)格相關(guān)的復(fù)雜性，它簡(jiǎn)單易懂并且構(gòu)建和維護(hù)的成本相對(duì)較低。然而，值得注意的是，隨著整體分層架構(gòu)變得越來(lái)越大，從而變得越來(lái)越復(fù)雜，這些評(píng)級(jí)開(kāi)始迅速降低。
這種架構(gòu)風(fēng)格的可部署性和可測(cè)試性都非常低?？刹渴鹦栽u(píng)級(jí)低是由于部署成本高、風(fēng)險(xiǎn)高和缺乏頻繁部署能力。在分層架構(gòu)中對(duì)一個(gè)類文件進(jìn)行簡(jiǎn)單的三行更改需要重新部署整個(gè)部署單元，原來(lái)的改動(dòng)暗中會(huì)引起潛在的數(shù)據(jù)庫(kù)更改、配置更改或其他編碼更改。此外，這簡(jiǎn)單的三行更改通常會(huì)引起其他幾十處的更改，因此會(huì)增加部署的風(fēng)險(xiǎn)（也會(huì)增加部署的頻率）。低可測(cè)試性評(píng)級(jí)也反映了這種情況；通過(guò)簡(jiǎn)單的三行更改，大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員不會(huì)花費(fèi)數(shù)小時(shí)來(lái)執(zhí)行整個(gè)回歸測(cè)試套件（即使測(cè)試套件一開(kāi)始就存在），尤其是在同一時(shí)間對(duì)單體應(yīng)用還有其他幾十處更改的情況下。我們給可測(cè)試性一個(gè)雙星評(píng)級(jí)（而不是一星），因?yàn)樗軌驅(qū)M件（甚至整個(gè)層）使用mock或者stub模擬測(cè)試，這簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)試工作。
在這種架構(gòu)風(fēng)格中，總體可靠性為中等（三星級(jí)），主要是由于沒(méi)有在大多數(shù)分布式架構(gòu)中存在的網(wǎng)絡(luò)流量、帶寬和延遲問(wèn)題。由于單體應(yīng)用部署的本質(zhì)，再加上可測(cè)試性（測(cè)試的完整性）和部署風(fēng)險(xiǎn)的低評(píng)級(jí)，我們只對(duì)分層架構(gòu)的可靠性給出了三星級(jí)的評(píng)級(jí)。
分層架構(gòu)的彈性和可擴(kuò)展性非常低（一星），主要是由于單體部署和缺乏架構(gòu)模塊化能力。雖然在一個(gè)單體應(yīng)用內(nèi)實(shí)現(xiàn)某些功能的擴(kuò)展是可能的，但這種工作通常需要非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)技術(shù)，如多線程、內(nèi)部消息傳遞和其他在這種架構(gòu)中不適合使用的并行處理實(shí)踐和技術(shù)。然而，由于用戶界面、后端處理和數(shù)據(jù)庫(kù)的單一性，分層架構(gòu)始終是一個(gè)單一的系統(tǒng)量子，因此應(yīng)用只能在單個(gè)量子的基礎(chǔ)上擴(kuò)展到一定的程度。
性能一直是分層架構(gòu)的一個(gè)有趣的特性。我們只給了它兩顆星評(píng)級(jí)，這種架構(gòu)風(fēng)格因?yàn)槿狈Σ⑿刑幚?、封閉分層和架構(gòu)污水池反模式的原因根本不適合于高性能系統(tǒng)。與可擴(kuò)展性一樣，性能也可以通過(guò)緩存、多線程等來(lái)解決，但這并不是這種架構(gòu)風(fēng)格的自然特征；架構(gòu)師和開(kāi)發(fā)人員必須通過(guò)大量的工作才能實(shí)現(xiàn)這一切。
由于單體部署和缺乏架構(gòu)模塊性，分層架構(gòu)不支持容錯(cuò)。如果分層架構(gòu)的一小部分發(fā)生內(nèi)存不足問(wèn)題，則整個(gè)應(yīng)用單元將受到影響并崩潰。此外，由于大多數(shù)單體應(yīng)用普遍存在較高的平均恢復(fù)時(shí)間（MTTR），總體可用性受到影響，啟動(dòng)時(shí)間從小型應(yīng)用的2分鐘，到大多數(shù)大型應(yīng)用的15分鐘或更長(zhǎng)。
