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前后端分离架构概述

2019-06-08 08:45 爱编程

出处:http://tinyurl.com/y446zfyp

1、背景

前后端分离已成为互联网项目开发的业界标准使用方式,通过nginx+tomcat的方式(也可以中间加一个nodejs)有效的进行解耦,并且前后端分离会为以后的大型分布式架构、弹性计算架构、微服务架构、多端化服务(多种客户端,例如:浏览器,车载终端,安卓,IOS等等)打下坚实的基础。这个步骤是系统架构从猿进化成人的必经之路。

核心思想是前端HTML页面通过AJAX调用后端的RESTFUL API接口并使用JSON数据进行交互。

  • Web服务器:一般指像Nginx,Apache这类的服务器,他们一般只能解析静态资源;

  • 应用服务器:一般指像Tomcat,Jetty,Resin这类的服务器可以解析动态资源也可以解析静态资源,但解析静态资源的能力没有web服务器好;

一般都是只有web服务器才能被外网访问,应用服务器只能内网访问。

以前的Java Web项目大多数都是Java程序员又当爹又当妈,又搞前端,又搞后端。随着时代的发展,渐渐的许多大中小公司开始把前后端的界限分的越来越明确,前端工程师只管前端的事情,后端工程师只管后端的事情。正所谓术业有专攻,一个人如果什么都会,那么他毕竟什么都不精。大中型公司需要专业人才,小公司需要全才,但是对于个人职业发展来说,前后端需要分离。

2、未分离时代(各种耦合)

早期主要使用MVC框架,Jsp+Servlet的结构图如下:

大致就是所有的请求都被发送给作为控制器的Servlet,它接受请求,并根据请求信息将它们分发给适当的JSP来响应。同时,Servlet还根据JSP的需求生成JavaBeans的实例并输出给JSP环境。JSP可以通过直接调用方法或使用UseBean的自定义标签得到JavaBeans中的数据。

需要说明的是,这个View还可以采用 Velocity、Freemaker 等模板引擎。使用了这些模板引擎,可以使得开发过程中的人员分工更加明确,还能提高开发效率。

那么,在这个时期,开发方式有如下两种:

方式一


方式二


方式二已经逐渐淘汰。主要原因有两点:

  • 前端在开发过程中严重依赖后端,在后端没有完成的情况下,前端根本无法干活;

  • 由于趋势问题,会JSP,懂velocity,freemarker等模板引擎的前端越来越少;

因此,方式二逐渐不被采用。然而,不得不说一点,方式一,其实很多小型传统软件公司至今还在使用。那么,方式一和方式二具有哪些共同的缺点呢?

1、前端无法单独调试,开发效率低;

2、前端不可避免会遇到后台代码,例如:

<body>
   
<%
       request.setCharacterEncoding("utf-8")
       String name=request.getParameter("username");
       out.print(name);
   %>

</body>

这种方式耦合性太强。那么,就算你用了freemarker等模板引擎,不能写Java代码。那前端也不可避免的要去重新学习该模板引擎的模板语法,无谓增加了前端的学习成本。正如我们后端开发不想写前端一样,你想想如果你的后台代码里嵌入前端代码,你是什么感受?因此,这种方式十分不妥。

3、JSP本身所导致的一些其他问题 比如,JSP第一次运行的时候比较缓慢,因为里头包含一个将JSP翻译为Servlet的步骤。再比如因为同步加载的原因,在JSP中有很多内容的情况下,页面响应会很慢。

3、半分离时代

前后端半分离,前端负责开发页面,通过接口(Ajax)获取数据,采用Dom操作对页面进行数据绑定,最终是由前端把页面渲染出来。这也就是Ajax与SPA应用(单页应用)结合的方式,其结构图如下:

步骤如下:

  • 浏览器请求,CDN返回HTML页面;

  • HTML中的JS代码以Ajax方式请求后台的Restful接口;

  • 接口返回Json数据,页面解析Json数据,通过Dom操作渲染页面;

后端提供的都是以JSON为数据格式的API接口供Native端使用,同样提供给WEB的也是JSON格式的API接口。

那么意味着WEB工作流程是:

  • 打开web,加载基本资源,如CSS,JS等;

  • 发起一个Ajax请求再到服务端请求数据,同时展示loading;

  • 得到json格式的数据后再根据逻辑选择模板渲染出DOM字符串;

  • 将DOM字符串插入页面中web view渲染出DOM结构;

这些步骤都由用户所使用的设备中逐步执行,也就是说用户的设备性能与APP的运行速度联系的更紧换句话说就是如果用户的设备很低端,那么APP打开页面的速度会越慢。

为什么说是半分离的?因为不是所有页面都是单页面应用,在多页面应用的情况下,前端因为没有掌握controller层,前端需要跟后端讨论,我们这个页面是要同步输出呢,还是异步Json渲染呢?而且,即使在这一时期,通常也是一个工程师搞定前后端所有工作。因此,在这一阶段,只能算半分离。

首先,这种方式的优点是很明显的。前端不会嵌入任何后台代码,前端专注于HTML、CSS、JS的开发,不依赖于后端。自己还能够模拟Json数据来渲染页面。发现Bug,也能迅速定位出是谁的问题。

然而,在这种架构下,还是存在明显的弊端的。最明显的有如下几点:

  • JS存在大量冗余,在业务复杂的情况下,页面的渲染部分的代码,非常复杂;

  • 在Json返回的数据量比较大的情况下,渲染的十分缓慢,会出现页面卡顿的情况;

  • SEO( Search Engine Optimization,即搜索引擎优化)非常不方便,由于搜索引擎的爬虫无法爬下JS异步渲染的数据,导致这样的页面,SEO会存在一定的问题;

  • 资源消耗严重,在业务复杂的情况下,一个页面可能要发起多次HTTP请求才能将页面渲染完毕。可能有人不服,觉得PC端建立多次HTTP请求也没啥。那你考虑过移动端么,知道移动端建立一次HTTP请求需要消耗多少资源么?

正是因为如上缺点,我们才亟需真正的前后端分离架构。

4、分离时代

在前后端彻底分离这一时期,前端的范围被扩展,controller层也被认为属于前端的一部分。在这一时期:

  • 前端:负责View和Controller层。

  • 后端:只负责Model层,业务/数据处理等。

可是服务端人员对前端HTML结构不熟悉,前端也不懂后台代码呀,controller层如何实现呢?这就是node.js的妙用了,node.js适合运用在高并发、I/O密集、少量业务逻辑的场景。最重要的一点是,前端不用再学一门其他的语言了,对前端来说,上手度大大提高。

可以就把Nodejs当成跟前端交互的api。总得来说,Nodejs的作用在mvc中相当于C(控制器)。Nodejs路由的实现逻辑是把前端静态页面代码当成字符串发送到客户端(例如浏览器),简单理解可以理解为路由是提供给客户端的一组api接口,只不过返回的数据是页面代码的字符串而已。

用NodeJs来作为桥梁架接服务器端API输出的JSON。后端出于性能和别的原因,提供的接口所返回的数据格式也许不太适合前端直接使用,前端所需的排序功能、筛选功能,以及到了视图层的页面展现,也许都需要对接口所提供的数据进行二次处理。这些处理虽可以放在前端来进行,但也许数据量一大便会浪费浏览器性能。因而现今,增加Node中间层便是一种良好的解决方案。

浏览器(webview)不再直接请求JSP的API,而是:

  • 浏览器请求服务器端的NodeJS;

  • NodeJS再发起HTTP去请求JSP;

  • JSP依然原样API输出JSON给NodeJS;

  • NodeJS收到JSON后再渲染出HTML页面;

  • NodeJS直接将HTML页面flush到浏览器;

这样,浏览器得到的就是普通的HTML页面,而不用再发Ajax去请求服务器了。

淘宝的前端团队提出的中途岛(Midway Framework)的架构如下图所示:

增加node.js作为中间层,具体有哪些好处呢?

1、适配性提升;我们其实在开发过程中,经常会给PC端、mobile、app端各自研发一套前端。其实对于这三端来说,大部分端业务逻辑是一样的。唯一区别就是交互展现逻辑不同。

如果controller层在后端手里,后端为了这些不同端页面展示逻辑,自己维护这些controller,模版无法重用,徒增和前端沟通端成本。 如果增加了node.js层,此时架构图如下:

在该结构下,每种前端的界面展示逻辑由node层自己维护。如果产品经理中途想要改动界面什么的,可以由前端自己专职维护,后端无需操心。前后端各司其职,后端专注自己的业务逻辑开发,前端专注产品效果开发。

2、响应速度提升;我们有时候,会遇到后端返回给前端的数据太简单了,前端需要对这些数据进行逻辑运算。那么在数据量比较小的时候,对其做运算分组等操作,并无影响。但是当数据量大的时候,会有明显的卡顿效果。这时候,node中间层其实可以将很多这样的代码放入node层处理、也可以替后端分担一些简单的逻辑、又可以用模板引擎自己掌握前台的输出。这样做灵活度、响应度都大大提升。

3、性能得到提升;大家应该都知道单一职责原则。从该角度来看,我们,请求一个页面,可能要响应很多个后端接口,请求变多了,自然速度就变慢了,这种现象在mobile端更加严重。采用node作为中间层,将页面所需要的多个后端数据,直接在内网阶段就拼装好,再统一返回给前端,会得到更好的性能。

4、异步与模板统一;淘宝首页就是被几十个HTML片段(每个片段一个文件)拼装成,之前PHP同步include这几十个片段,一定是串行的,Node可以异步,读文件可以并行,一旦这些片段中也包含业务逻辑,异步的优势就很明显了,真正做到哪个文件先渲染完就先输出显示。

前端机的文件系统越复杂,页面的组成片段越多,这种异步的提速效果就越明显。前后端模板统一在无线领域很有用,PC页面和WIFI场景下的页面适合前端渲染(后端数据Ajax到前端),2G、3G弱网络环境适合后端渲染(数据随页面吐给前端),所以同样的模板,在不同的条件下走不同的渲染渠道,模板只需一次开发。

增加NodeJS中间层后的前后端职责划分:

5、总结

从经典的JSP+Servlet+JavaBean的MVC时代,到SSM(Spring + SpringMVC + Mybatis)和SSH(Spring + Struts + Hibernate)的Java 框架时代,再到前端框架(KnockoutJS、AngularJS、vueJS、ReactJS)为主的MV*时代,然后是Nodejs引领的全栈时代,技术和架构一直都在进步。虽然“基于NodeJS的全栈式开发”模式很让人兴奋,但是把基于Node的全栈开发变成一个稳定,让大家都能接受的东西还有很多路要走。

创新之路不会止步,无论是前后端分离模式还是其他模式,都是为了更方便得解决需求,但它们都只是一个“中转站”。前端项目与后端项目是两个项目,放在两个不同的服务器,需要独立部署,两个不同的工程,两个不同的代码库,不同的开发人员。前端只需要关注页面的样式与动态数据的解析及渲染,而后端专注于具体业务逻辑。

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