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前后端分离架构技术
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node.js)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。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。1 前后端分离的
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node.js)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。 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。
1 前后端分离的三个方面改变
- 交互形式
- 代码组织形式
- 开发模式与流程
1.1 交互形式
- 前后端不分离:后端将数据和页面组装、渲染好了之后,向浏览器输出最终的html;浏览器接收到后会解析html,解析引入的css、执行js脚本,完成最终的页面展示。
- 前后端分离:后端只需要和前端约定好接收以及返回的数据格式(一般用JSON格式),向前端提供API接口。前端就可以通过HTTP请求调用API的方式进行交互。前端获取到数据后,进行页面组装、渲染,最终在浏览器呈现。
1.2 代码组成形式
- 前后端不分离:在web应用早期的时候,前端页面以及后台业务数据处理的代码都放在一个工程下,甚至放在同一目录下,前端页面夹杂着后端代码。前、后端开发工程师都需要把整套代码导入开发工具才能开发。此阶段下前后端代码以及工作耦合度太高,前端不能独立开发和测试,后端人员也要依赖前端完成页面后才能完成开发。最糟糕的情况是前端工程师需要会后端模板技术(jsp),后端工程师还要会点前端技术,需要口头说明页面数据接口,才能配合完成开发。否则前端只能当一个“切图仔”,只输出HTML、CSS、以及很少量与业务逻辑无关的js;然后由后端转化为后端jsp,并且还要写业务的js代码。
- 前后端分离:前后端代码放在不同的工程下,前端代码可以独立开发,通过mock/easy-mock技术模拟后端API服务可以独立运行、测试;后端代码也可以独立开发,运行、测试,通过swagger技术能自动生成API文档供前端阅读,还可以进行自动化接口测试,保证API的可用性,降低集成风险。
1.3 开发模式与流程
- 前后端不分离:在项目开发阶段,前端根据原型和UI设计稿,编写HTML、CSS以及少量与业务无关的js(纯效果那些),完成后交给后台人员,后台人员将HTML转为jsp,并通过JSP的模板语法进行数据绑定以及一些逻辑操作。后台完成后,将全部代码打包,包含前端代码、后端代码打成一个war,然后部署到同一台服务器运行。顶多做一下动静分离,也就是把图片、css、js分开部署到nginx。
- 前后端分离:实现前后端分离之后,前端根据原型和UI设计稿编写HTML、CSS以及少量与业务无关的 js(纯效果那些),后端也同时根据原型进行API设计,并与前端协定API数据规范。等到后台API完成,或仅仅是API数据规范设定完成之后。前端即可通过HTTP调用API,或通过mock数据完成数据组装以及业务逻辑编写。前后端可以并行,或者前端先行于后端开发了。
2 前后端架构的三个时期
2.1 未分离时期
早期主要使用MVC框架,Jsp+Servlet的结构图如下:
- 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。
这种架构下的开发模式有两种:
2.2 半分离时期
- 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。
步骤如下:
- 1 . 浏览器请求,CDN返回HTML页面;
- 2 . HTML中的JS代码以Ajax方式请求后台的Restful接口;
- 3 . 接口返回Json数据,页面解析Json数据,通过Dom操作渲染页面;
WEB工作流程是:
- 1、打开web,加载基本资源,如CSS,JS等;
- 2、发起一个Ajax请求再到服务端请求数据,同时展示loading;
- 3、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;
- 4、将DOM字符串插入页面中web view渲染出DOM结构;
为什么是半分离状态:
- 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。
半分离模式的缺点:
- 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?
2.3 分离时代
- 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。
浏览器请求过程:
- 1 . 浏览器请求服务器端的NodeJS;
- 2 . NodeJS再发起HTTP去请求JSP;
- 3 . JSP依然原样API输出JSON给NodeJS;
- 4 . NodeJS收到JSON后再渲染出HTML页面;
- 5 . NodeJS直接将HTML页面flush到浏览器;
带来的好处:
- 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,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。
3 前后端分离的好处
- 为优质产品打造精益团队:通过将开发团队前后端分离化,让前后端工程师只需要专注于前端或后端的开发工作,是的前后端工程师实现自治,培养其独特的技术特性,然后构建出一个全栈式的精益开发团队。
- 提升开发效率:前后端分离以后,可以实现前后端代码的解耦,只要前后端沟通约定好应用所需接口以及接口参数,便可以开始并行开发,无需等待对方的开发工作结束。与此同时,即使需求发生变更,只要接口与数据格式不变,后端开发人员就不需要修改代码,只要前端进行变动即可。如此一来整个应用的开发效率必然会有质的提升。
- 完美应对复杂多变的前端需求:如果开发团队能完成前后端分离的转型,打造优秀的前后端团队,开发独立化,让开发人员做到专注专精,开发能力必然会有所提升,能够完美应对各种复杂多变的前端需求。
- 增强代码可维护性:前后端分离后,应用的代码不再是前后端混合,只有在运行期才会有调用依赖关系。应用代码将会变得整洁清晰,不论是代码阅读还是代码维护都会比以前轻松。
4 前后端分离架构方案
实现前后端分离,主要是前端的技术架构变化较大,后端主要变为restfull 风格API,然后加上Swagger技术自动生成在线接口文档。
常用前端技术架构:
- 传统SPA
- 服务端渲染SSR
4.1 传统SPA
- 传统SPA指的是单页面应用,也就是整个网站只有一个页面,所有功能都通过这一个页面来呈现。因为一个人的肉眼,某一个时间点看一个页面,既然如此何必要不同功能做多个页面呢?只保留一个页面作为模板,然后通过路由跳转来更新这个模板页面的内容不就可以了吗?确实如此,现在通过 react 全家桶、vue全家桶,模块化、路由、wabpack等技术轻而易举就能实现一个单页面应用。
单页面应用的运行流程:
- 1. 用户通过浏览器访问网站url
- 2. 单页面的html文件(index.html)被下载到浏览器,接着下载html里面引用的css,js。
- 3. css,js下载到浏览器完成之后,浏览器开始解析执行js向后端服务异步请求数据。
- 4. 请求数据完成后,进行数据绑定、渲染,最终在用户浏览器呈现完整的页面。
4.2 服务端渲染
- 服务端渲染的方案指的是数据绑定,渲染等工作都放在服务端完成,服务端向浏览器输出最终的html。大家看完这个是不是有个疑问,这不是又回到了前后端不分离的时代了吗?答案是否定的,因为这里的服务端是用来执行前端数据绑定、渲染的,也就是把浏览器的一部分工作分担到了服务端。而目前具备这只种能力的服务端是NodeJs服务端。
- 它的原理其实就是在浏览器与前端代码中间插入了一个NodeJs服务端。浏览器请求前端页面时,会先经过NodeJS服务端,由NodeJs去读取前端页面,并执行异步后端API,获取到数据后进行页面数据绑定,渲染等工作,完成一个最终的html然后返回浏览器,最后浏览器进行展示。
使用服务器端渲染 (SSR) 时还需要有一些权衡之处:
- 开发条件所限。浏览器特定的代码,只能在某些生命周期钩子函数 (lifecycle hook) 中使用;一些外部扩展库 (external library) 可能需要特殊处理,才能在服务器渲染应用程序中运行。
- 涉及构建设置和部署的更多要求。与可以部署在任何静态文件服务器上的完全静态单页面应用程序 (SPA) 不同,服务器渲染应用程序,需要处于 Node.js server 运行环境。
- 更多的服务器端负载。在 Node.js 中渲染完整的应用程序,显然会比仅仅提供静态文件的 server 更加大量占用 CPU 资源 (CPU-intensive - CPU 密集),因此如果你预料在高流量环境 (high traffic) 下使用,请准备相应的服务器负载,并明智地采用缓存策略。
服务端渲染应用的运行流程:
- 1. 用户通过浏览器访问网站url
- 2. NodeJS服务端接收到请求,读取到对应的前端html,css,js。
- 3. NodeJS解析执行js向后端API异步请求数据。
- 4. NodeJs请求数据完成之后,进行数据绑定、渲染,得到一个最终的html。
- 5. xNodeJs向浏览器输出html,浏览器进行展示。
4.3 SPA与服务端渲染方案对比
单页面渲染(SPA)
- 优点:是开发简单,部署简单。
- 缺点:是首次加载较慢,需要较好的网络,不友好的SEO(Search English Optimization,搜索引擎优化)。
服务器端渲染 (SSR)
与SPA对比优点:
- 更好的 SEO,由于搜索引擎爬虫抓取工具可以直接查看完全渲染的页面。
- 更快的内容到达时间 (time-to-content),特别是对于缓慢的网络情况或运行缓慢的设备。
4.4 预渲染技术
- 如果你调研服务器端渲染 (SSR) 只是用来改善少数营销页面(例如 /, /about, /contact 等)的 SEO,那么你可能需要预渲染。无需使用 web 服务器实时动态编译 HTML,而是使用预渲染方式,在构建时 (build time) 简单地生成针对特定路由的静态 HTML 文件。优点是设置预渲染更简单,并可以将你的前端作为一个完全静态的站点。
- 如果你使用 webpack,你可以使用 prerender-spa-plugin 轻松地添加预渲染。它已经被 Vue 应用程序广泛测试 - 事实上,作者是 Vue 核心团队的成员。
5 前后端分离技术选型
- artTemplate + bootstrap(不推荐, 不算完全前后端分离)
- vue全家桶(推荐)
- react全家桶 (推荐,生态全)
参考:前后端分离架构概述
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