分層是一種職責分離和依賴管理的方式：每層都有自己特定的職能；高層的服務可以調用低層的服務，但是反過來不行。
一個分層架構設計的應用通常包含很多個邏輯層(Logical Layer)和物理層(Physical Tier)。分層架構這個名字里的層(Tier)，特指“物理層”(Tier)，每個物理層是由很多臺機器構成，可以是部署在局域網(wǎng)下一個子網(wǎng)的虛擬機或裸金屬機器。
分層是一種職責分離和依賴管理的方式：每層都有自己特定的職能；高層的服務可以調用低層的服務，但是反過來不行。
物理層運行在不同的機器上，一層可以直接調用另一層，或者通過消息隊列進行通信。盡管每個邏輯層都可以被部署在獨立的物理層，但不是必須的。為了節(jié)省資源，一個物理層可以部署多個邏輯層。通過物理層的隔離，架構的擴展性和容錯性會更強，負面作用是會導致額外的網(wǎng)絡通信延遲。
傳統(tǒng)的三層應用（物理層）分別包含展示層、中間層、數(shù)據(jù)庫層。中間層是可選的，較為復雜的應用通常會超過三層。上面的架構圖中就包含了兩個中間層，分別實現(xiàn)了不同的功能。
一個分層架構的應用，從邏輯層的視角來看，可以分為兩類：
- 封閉架構：每個邏輯層只能調用它的直接下層。
- 開放架構：每個邏輯層都可以調用它下面的任何?層。
封閉架構嚴格限制了邏輯層之間的依賴關系，架構更為清晰。缺點是一些中間層只可能只對請求進行轉發(fā)，導致不必要的網(wǎng)絡交互。
應用場景
分層架構常見于IaaS系統(tǒng)，這類系統(tǒng)中每個物理層都運行在一組獨立的物理機上。不過IaaS系統(tǒng)也不必采用純粹的分層架構，畢竟架構中的某些部分使用現(xiàn)成的服務優(yōu)勢更大，比如緩存系統(tǒng)、消息隊列和數(shù)據(jù)存儲服務。
在以下場景中可以考慮分層架構：
- 簡單的網(wǎng)絡應用。
- 將本地部署的應用遷移上云。
- 本地部署應用與云服務應用混合開發(fā)的場景。
傳統(tǒng)公司里本地部署（自家機房）的系統(tǒng)通常采用分層架構，各家云服務商也提供了裸金屬服務器供傳統(tǒng)企業(yè)上云。
架構優(yōu)勢
- 云服務和本地部署的可移植性高。
- 對于大多數(shù)開發(fā)者而言學習門檻低。
- 從傳統(tǒng)架構模型演進過來的。
- 支持多種多樣的部署環(huán)境，比如win/linux。
有哪些挑戰(zhàn)
- 開發(fā)過程中，中間層很容易淪為對數(shù)據(jù)庫的CRUD，只是增加了網(wǎng)絡延遲。
- 按照單體架構的方式設計導致功能無法獨立發(fā)布。
- 在IaaS管理整個系統(tǒng)比使用現(xiàn)成的服務維護成本高。
- 在大型系統(tǒng)中，網(wǎng)絡安全會成為問題。
最佳實踐
- 使用自動擴容功能，可以應對工作負載的變化。
- 使用消息隊列把物理層進行解耦。
- 把半靜態(tài)資源緩存起來。
- 數(shù)據(jù)庫層配置成高可用模式。
- 在網(wǎng)絡層(Web Tier)之前加一層防火墻(WAF)。
- 給每個物理層分配一個子網(wǎng)，不同子網(wǎng)之間只開放特定的ip port，以提高安全性。
- 限制數(shù)據(jù)層的訪問，比如只允許中間層訪問數(shù)據(jù)，不允許網(wǎng)絡層(Web Tier)訪問。
運行在虛擬機上的分層架構
這里我們給出一個在虛擬機上推薦的分層架構：
每個物理層均包含至少兩臺虛擬機，以避免單點故障；通過負載均衡，把請求分發(fā)到不同的虛擬機上；如果要支持橫向擴容，我們可以在一個物理層配置更多虛擬機。
每個物理層都有自己的子網(wǎng)，所以這些虛擬機的內網(wǎng)IP在一個網(wǎng)段里。這樣的優(yōu)勢是配置網(wǎng)絡安全規(guī)則很方便，路由表也很容易配置。
網(wǎng)絡層和業(yè)務邏輯層是無狀態(tài)的。任何一個虛擬機都可以處理到達該層的請求。數(shù)據(jù)層是多備份的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。比如主從版本的MySQL、TiDB，或者云上Dynamodb等。
每個物理層都有自己的 inbound 和 outbound 網(wǎng)絡安全規(guī)則，比如數(shù)據(jù)層可以設置只允許業(yè)務邏輯層的虛擬機IP進行訪問；
補充說明
- 分層架構并不限定于3層，復雜的系統(tǒng)通常會有很多層；七層負載均衡或四層負載均衡都是很常見的選擇。
- 層定義了擴展性、可靠性和安全性的邊界；如果服務的SLA不一樣，可以考慮放到不同的物理層。
- 架構中很多地方可以采用現(xiàn)成的服務，尤其是通用的緩存、消息隊列、存儲、數(shù)據(jù)庫服務。
- 生產環(huán)境的虛擬機要禁止SSH或RDP直連；通常情況下，運維/開發(fā)人員可以登陸一個跳板機，跳板機可以直連生產環(huán)境虛擬機；對于跳板機，我們通常也會設置網(wǎng)絡規(guī)則，比如只允許特定的公網(wǎng)IP通過SSH或RDP訪問。
- 對于核心服務，多機房容災也是要考慮的點。
