蚂蚁金服的业务系统模块化之模块化隔离方案

无论是什么样的业务系统，多多少少都会去做一些模块化的划分，或横或纵，各种姿势，但是这些姿势真地能帮你划分出良好的模块吗？

帮你在模块之间做到高内聚，低耦合吗？

模块化对于服务化又有什么样的影响？

本来将分析常见的几种模块化方案的利弊，并且介绍蚂蚁金服开源的框架 SOFA 在模块化中发挥的作用。

传统模块化的陷阱

在一个简单的 Spring/SpringBoot 的系统中，我们常常见到一个系统中的模块会按照如下的方式进行分层，如下图中的左边部分所示，一个系统就简单地分为 Web 层、Service 层、DAL 层。

传统模块化

当这个系统承载的业务变多了之后，系统可能演化成上图中右边的这种方式。

在上图的右边的部分中，一个系统承载了两个业务，一个是 Cashier（收银台），另一个是 Pay（支付），这两个业务可能会有一些依赖的关系，Cashier 需要调用 Pay 提供的能力去做支付。

但是在这种模块化的方案里面，Spring 的上下文依然是同一个，类也没有任何做隔离，这就意味着，Pay Service 这个模块里面的任何的一个 Bean，都可以被 Cashier Service 这个模块所依赖。

极端的情况下，可能会出现下面这种情况：

极端情况

Cashier Service 错误地调用了 Pay Service 中的一个内部的 Bean，造成了两个模块之间的紧耦合。

这种传统的模块化的问题在于模块化地不彻底。

虽然在研发的时候，通过划分模块，把特定职责的类放到特定的模块里面去，达到了类的「物理位置」的内聚。

但是在运行时，由于没有做任何隔离的手段，作为一个模块的开发者，并没有办法清楚地知道对方模块提供的对外的接口到底是什么，哪些 Bean 我是可以直接注入来用的，哪些 Bean 是你的内部的 Bean，我是不能用的。

长此以往，模块和模块之间的耦合就会越来越严重，原来的模块的划分形同虚设。

当系统越来越大，最后需要做服务化拆分的时候，就需要花费非常大的精力去梳理模块和模块之间的关系。

OSGi 模块化

提到模块化，不得不提 OSGi，虽然 OSGi 没有成为 Java 官方的模块化的标准，但是由于 Java 在 Java 9 之前，一直没有官方的模块化的标准，所以 OSGi 已经是事实上的标准。

OSGi 为模块化主要做了两个事情：

  • OSGi 的类隔离

  • OSGi 的声明式服务

下面就给读者们简单地解释一下 OSGi 的这两个方面。

OSGi 的类隔离

OSGi 通过扩展 Java 的 ClassLoader 机制，将模块和模块之间的类完全隔离开来，当一个模块需要引用另一个模块的类的时候，通过在模块中的 MANIFEST.MF 文件中声明类的导出和导入来解决，如下图所示：

OSGI

通过这种方式，可以控制一个模块特定的类才可以被另一个模块所访问，达到了一定程度地模块的隔离。

但是，光光通过类的导出导入来解决类的引用问题还不够，还需要去解决实例的引用的问题，我们往往希望能够直接使用对方模块提供的某一个类的实例，而不是自己去 new 一个实例出来，所以 OSGi 还提供了声明式服务的方式，让一个模块可以引用到另一个模块提供的服务。

OSGi 的声明式服务

OSGi 的声明式服务正是为了解决这个实例引用的问题，我们可以在一个 OSGi 的模块（Bundle）中去添加一个 XML 配置文件去声明一个服务，如下面的代码所示：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<scr:component xmlns:scr="http://www.osgi.org/xmlns/scr/v1.1.0" name="ITodoService">
   <implementation class="com.example.e4.rcp.todo.service.internal.MyTodoServiceImpl"/>
   <service>
      <provide interface="com.example.e4.rcp.todo.model.ITodoService"/>
   </service>
</scr:component>

也可以同样的通过 XML 配置文件去引用一个其他的模块声明的服务：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<scr:component xmlns:scr="http://www.osgi.org/xmlns/scr/v1.1.0" name="XXXService">
    <reference name="ITodoService"
            interface="com.example.e4.rcp.todo.model.ITodoService"
            bind="setITodoService" cardinality="0..1" unbind="unsetITodoService"
            policy="dynamic" />
   <implementation class="com.example.e4.rcp.todo.service.internal.XXXServiceImpl"/>
</scr:component>

通过声明式服务的方式，我们就可以直接在一个 OSGi 的 Bundle 中使用另一个 Bundle 中提供的服务实例了。

OSGi 的模块化的问题

OSGi 通过类隔离的机制解决了模块之间的类隔离的问题，然后通过声明式服务的方式解决了模块之间的服务调用的问题，看起来已经完美的解决了我们在传统的模块化中遇到的问题，通过这两个机制，模块和模块之间的边界变得清晰了起来。

但是在实践的过程中，OSGi 的模块化却面临着一个非常严峻的问题，这个就是就是 OSGi 的类隔离带来的复杂性，OSGi 把每一个模块都通过独立的 ClassLoader 去加载，这样在开发模块的时候，研发的同学就必须非常清楚地去定义哪些类应该导出，哪些类应该导入，一旦少导出，或者导出错误，就会出现各种各样的错误，比如 LinkageError，NoSuchMethodError 等等，而要解决这些错误，要求研发同学清楚地理解 OSGi 的整个类加载体系，以及 Java 的整个类加载体系，这对普通的研发同学来说实在是一个太高的要求。

所以这种方式在实施成本非常高，OSGi 并不是非常适合于业务研发。

SOFA 模块化

为了解决传统的模块化方案模块化不彻底的问题，以及 OSGi 的彻底的模块化带来的复杂性的问题，SOFA 在早期就开始引入了一种折衷的模块化的方案。

SOFA 模块化的整体的示意图如下：

sofa

SOFA 模块化的方案，给每一个模块都提供了一个单独的 Spring 的上下文，通过 Spring 上下文的隔离，让模块和模块之间的 Bean 的引用无法直接进行，达到模块在运行时隔离的能力。

当一个模块需要调用另一个模块里面的一个 Bean 的时候，SOFA 采用了类似于 OSGi 的声明式的服务的方式，提供服务的模块可以在其配置文件（也可以通过 Annotation 的方式来声明）中声明一个 SOFA Service：

<sofa:service ref="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean"/>

使用服务的模块可以在其配置文件（也可以通过 Annotation 来使用）声明一个 SOFA Reference：

<sofa:reference id="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean"/>

通过这种方式，一个模块就可以清晰地知道它提供了哪些服务，引用了哪些服务，和其他的模块之间的关系也就非常清楚了。

但是 SOFA 的模块化方案中并没有引入类隔离的方案，这也是为了避免研发的同学去处理太复杂的类加载的问题，简化研发的成本。

通过 SOFA 模块化做快速地服务化

上面已经讲到，通过 SOFA 的模块化的方案，我们就可以非常清楚地知道一个模块的边界在哪里，它依赖了哪些服务，它又发布了哪些服务。当你的应用膨胀到需要去做服务化的时候，这样，拆分起来就非常简单了。

而 SOFA 在这个上面其实做了一件更加方便大家做服务拆分的事情，就是 SOFA 的模块之间的服务发布和服务引用和 SOFA 的应用之间的服务的发布和引用的编程模型以及接口是一致的。

SOFA 模块化

如上图所示，当原来包含了 Cashier 和 Pay 两个能力的系统需要拆分成两个系统的时候，只需要在原来声明 SOFA Service 和 SOFA Reference 的地方，加上一个协议的声明就行，比如，原来发布的服务是下面这样：

<sofa:service ref="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean"/>

只需要修改成：

<sofa:service ref="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean">
    <sofa:binding.bolt/>
</sofa:service>

原来引用服务是下面这样：

<sofa:reference id="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean"/>

只需要修改成：

<sofa:reference id="sampleBean" interface="com.alipay.sofaboot.SampleBean">
    <sofa:binding.bolt/>
</sofa:reference>

事实上，这种快速的服务化拆分的方式，也在蚂蚁金服整个架构往服务化转型的过程中提供了极大的便利。

小结

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我是老马，期待与你的下次相遇。

参考资料

常见问题

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在 Spring Boot 中集成 SOFABoot 类隔离能力

SOFABoot 类隔离原理剖析