番外篇：后端程序的特殊性在哪里

文章目录

• • 程序数据的特殊性
  • • 场景一：外部数据
    • 场景二：内部数据
    • 场景三：软件一般意义上的场景
  • 程序场景的特殊性
  • 针对程序结构的必要说明
  • 针对应用场景的特殊性

程序数据的特殊性

• 数据库
• 第三方缓存
• 第三方服务

如果从程序设计角度来看，大家公认的程序本身可以分成两部分：数据结构 + 算法。对于后端来说，又可以分为三个场景。

场景一：外部数据

在该场景中，数据结构就是数据表的设计，包括：关系型数据表及非关系型数据存储的设计；而算法就是如何操作这些数据。该场景下，数据结构的设计是最关键的。

场景二：内部数据

在该场景中，数据结构就是实现一项功能所涉及到的类之间的结构。即通过定义每个类的成员变量和方法，规划类之间的组合继承等关系来实现数据结构的整体设计。
而算法，则是实现一个功能时内部对象之间交互的流程，通常可以使用UML的时序图表现。
该场景下，二者平衡。

场景三：软件一般意义上的场景

即软件开发人员通识的算法与数据结构的概念。系统中涉及到一些特殊功能项的时候，会采用特殊的处理方法来实现优化的目的。该场景下，偏向于算法设计。

后端程序与其他应用程序最大的区别之一就在于后端更偏向场景一，即外部数据非常重要，所以在一定程度上来说是面向数据库编程。

程序场景的特殊性

后端每个API都是可以出现并发场景的，即一个API可能被多个应用同时访问，并且这个访问量可能会变得很大。不像APP、web等客户端程序，虽然会遇到并发问题，但不是核心。

基于性能的考虑，如果频繁创建的大的对象，由于对象占用的是堆内存空间，而堆内存空间正是垃圾回收器的主要处理点。在并发数高的场景下，会导致频繁执行全量垃圾回收操作，即内存频繁出现大块的搬运处理，最终表现就是API响应卡顿或者内存溢出导致服务器挂掉。

正是由于存在上述的特殊性，使得后端程序在设计时会优先考虑避免大对象的频繁创建，也就是最好只创建一次，通过复用该对象实现业务处理（这里，大和频繁是两个重点）。那么这一方案引出了两个关键点：

1. 大的对象本身不能保存状态，否则会出现并发数据共享的问题；如果加锁处理，会严重影响程序性能（并发数高的情况下）。
2. 针对这类对象，保证运行期间只创建一次，即类似于单例模式实现，这点Spring已经提供支持，这也是为什么Spring托管的对象默认都是单例的。

这也就是为什么目前开发后端项目时，开发人员所熟知的Controller、Service、Dao这三层结构的类，他们的实现类都只创建一个对象，并且不保存状态（即不存在保存数值的成员变量）的一个重要原因。

至于这三层结构的划分，则是基于后续体量大的一种考虑方案，并不是最优解，但是最常见的分层。

针对程序结构的必要说明

基于上面两个解释，总体来看：
将程序的核心层级划分为常见的三层，并且保证每个类都是单例类（Spring 已经帮我们实现了）。

针对一般性的CURD操作，只要保证数据表设计良好即可。设计良好意味着三个方面：实用性、扩展性和性能优化。

针对复杂的业务设计，就要考虑类之间的耦合性、扩展性等。并且，会频繁创建并且不需要保存状态的类能设计成单例类（加上 @Component注解）就设计成单例的。

当然，上述只是理想下的实现，涉及到实际业务还是要符合实际的复杂情况。

针对应用场景的特殊性

为了保证连贯性有必要补充说明一下后端应用场景的特殊性。后端所提供的服务具有两大特性：

• 持续服务不间断
• 不论服务多少客户，对外表现都是相同的

由这两个基本点出发，引出了服务端的一系列问题：要想保证不间断服务，必须通过各种层面的冗余措施来提升系统的可靠性；要想保证性能平稳，即对外表现稳定，那么就要结合实际场景针对不同子系统设计压力处理的方案。而服务整体的可用性，则需要监控系统和测试系统以及发布系统等提供保障。

所以，我们一般设计从三个角度出发：

• 软件本身的设计
• 系统的设计
• 项目整体的设计

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