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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restuful api接口并使用json数据进行交互。
在互联网架构中,名词解释:
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。
一、开发人员分离
以前的JavaWeb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,小编建议是分开。
1.对于后端Java工程师:
把精力放在Java基础,设计模式,jvm原理,spring springmvc原理及源码,linux,mysql事务隔离与锁机制,mongodb,http/tcp,多线程,分布式架构,弹性计算架构,微服务架构,Java性能优化,以及相关的项目管理等等。
后端追求的是:三高(高并发,高可用,高性能),安全,存储,业务等等。
2.对于前端工程师:
把精力放在html5,css3,jquery,angularjs,bootstrap,reactjs,vuejs,webpack,less/sass,gulp,nodejs,Google V8引擎,javascript多线程,模块化,面向切面编程,设计模式,浏览器兼容性,性能优化等等。
前端追求的是:页面表现,速度流畅,兼容性,用户体验等等。
术业有专攻,这样你的核心竞争力才会越来越高,正所谓你往生活中投入什么,生活就会反馈给你什么。并且两端的发展都越来越高深,你想什么都会,那你毕竟什么都不精。
通过将team分成前后端team,让两边的工程师更加专注各自的领域,独立治理,然后构建出一个全栈式的精益求精的team。
二、原始人时代(各种耦合)
几曾何时,我们的JavaWeb项目都是使用了若干后台框架,springmvc/struts spring spring jdbc/hibernate/mybatis 等等。
大多数项目在Java后端都是分了三层,控制层,业务层,持久层。控制层负责接收参数,调用相关业务层,封装数据,以及路由&渲染到jsp页面。然后jsp页面上使用各种标签或者手写java表达式将后台的数据展现出来,玩的是MVC那套思路。
我们先看这种情况:需求定完了,代码写完了,测试测完了,然后呢?要发布了吧?你需要用maven或者eclipse等工具把你的代码打成一个war包,然后把这个war包发布到你的生产环境下的web容器里,对吧?
发布完了之后,你要启动你的Web容器,开始提供服务,这时候你通过配置域名,dns等等相关,你的网站就可以访问了(假设你是个网站)。那我们来看,你的前后端代码是不是全都在那个war包里?包括你的js,css,图片,各种第三方的库,对吧?
好,下面在浏览器中输入你的网站域名(www.xxx.com),之后发生了什么?
浏览器在通过域名通过dns服务器找到服务器外网ip,将http请求发送到服务器,在tcp3次握手之后(http下面是tcp/ip),通过tcp协议开始传输数据,服务器得到请求后,开始提供服务,接收参数,之后返回应答给浏览器,浏览器再通过content-type来解析返回的内容,呈现给用户。
那么我们来看,我们先假设你的首页中有100张图片,此时,用户的看似一次http请求,其实并不是一次,用户在第一次访问的时候,浏览器中不会有缓存,100张图片,浏览器要连着请求100次http请求,服务器接收这些请求,都需要耗费内存去创建socket来玩tcp传输。
重点来了,这样的话,服务器的压力会非常大,因为页面中的所有请求都是只请求到这台服务器上,如果1个人还好,如果10000个人并发访问呢,那服务器能扛住多少个tcp连接?带宽有多大?服务器的内存有多大?硬盘是高性能的吗?能抗住多少IO?web服务器分的内存有多大?会不会宕机?
这就是为什么,越是大中型的web应用,他们越是要解耦。理论上可以把数据库 应用服务 消息队列 缓存 用户上传的文件 日志 等等都扔在一台服务器上,这也不用玩什么服务治理,也不用做什么性能监控,什么报警机制等等,就乱成一锅粥好了。但是这样就好像是把鸡蛋都放在一个篮子里,隐患非常大。如果因为一个子应用的内存不稳定导致整个服务器内存溢出而hung住,那整个网站就挂掉了。
如果出意外挂掉,而恰好这时你们的业务又处于井喷式发展高峰期,业务成功被技术卡住,很可能会流失大量用户,后果不堪设想。
此外,应用全部都耦合在一起,相当于一个巨石,当服务端负载能力不足时,一般会使用负载均衡的方式,将服务器做成集群,这样其实你是在水平扩展一块块巨石,性能加速度会越来越低,要知道,本身负载就低的功能or模块是没有必要水平扩展的,在本文中的例子就是性能瓶颈不在前端,那干嘛要水平扩展前端呢?还有发版部署上线的时候,明明只改了后端的代码,为什么要前端也跟着发布呢?
正常的互联网架构,是都要拆开的,web服务器集群,应用服务器集群 文件服务器集群 数据库服务器集群 消息队列集群 缓存集群等等。
三、JSP的痛点
以前的javaWeb项目大多数使用jsp作为页面层展示数据给用户,因为流量不高,因此也没有那么苛刻的性能要求,但现在是大数据时代,对于互联网项目的性能要求是越来越高,因此原始的前后端耦合在一起的架构模式已经逐渐不能满足我们,因此我们需要需找一种解耦的方式,来大幅度提升我们的负载能力。
动态资源和静态资源全部耦合在一起,服务器压力大,因为服务器会收到各种http请求,例如css的http请求,js的,图片的等等。一旦服务器出现状况,前后台一起玩完,用户体验极差。
UI出好设计图后,前端工程师只负责将设计图切成html,需要由java工程师来将html套成jsp页面,出错率较高(因为页面中经常会出现大量的js代码),修改问题时需要双方协同开发,效率低下。
jsp必须要在支持java的web服务器里运行(例如tomcat,jetty,resin等),无法使用nginx等(nginx据说单实例http并发高达5w,这个优势要用上),性能提不上来。
第一次请求jsp,必须要在web服务器中编译成servlet,第一次运行会较慢。
每次请求jsp都是访问servlet再用输出流输出的html页面,效率没有直接使用html高(是每次哟,亲~)。
jsp内有较多标签和表达式,前端工程师在修改页面时会捉襟见肘,遇到很多痛点。
如果jsp中的内容很多,页面响应会很慢,因为是同步加载。
需要前端工程师使用java的ide(例如eclipse),以及需要配置各种后端的开发环境,你们有考虑过前端工程师的感受吗。
基于上述的一些痛点,我们应该把整个项目的开发权重往前移,实现前后端真正的解耦!
四、开发模式
以前老的方式是:
产品经历/领导/客户提出需求
UI做出设计图
前端工程师做html页面
后端工程师将html页面套成jsp页面(前后端强依赖,后端必须要等前端的html做好才能套jsp。如果html发生变更,就更痛了,开发效率低)
集成出现问题
前端返工
后端返工
二次集成
集成成功
交付
新的方式是:
产品经历/领导/客户提出需求
UI做出设计图
前后端约定接口&数据&参数
前后端并行开发(无强依赖,可前后端并行开发,如果需求变更,只要接口&参数不变,就不用两边都修改代码,开发效率高)
前后端集成
前端页面调整
集成成功
交付
五、请求方式
以前老的方式是:
客户端请求
服务端的servlet或controller接收请求(后端控制路由与渲染页面,整个项目开发的权重大部分在后端)
调用service,dao代码完成业务逻辑
返回jsp
jsp展现一些动态的代码
新的方式是:
浏览器发送请求
直接到达html页面(前端控制路由与渲染页面,整个项目开发的权重前移)
html页面负责调用服务端接口产生数据(通过ajax等等,后台返回json格式数据,json数据格式因为简洁高效而取代xml)
填充html,展现动态效果,在页面上进行解析并操作DOM。
总结一下新的方式的请求步骤:
大量并发浏览器请求—>web服务器集群(nginx)—>应用服务器集群(tomcat)—>文件/数据库/缓存/消息队列服务器集群
同时又可以玩分模块,还可以按业务拆成一个个的小集群,为后面的架构升级做准备。
六、前后端分离的优势
可以实现真正的前后端解耦,前端服务器使用nginx。前端/WEB服务器放的是css,js,图片等等一系列静态资源(甚至你还可以css,js,图片等资源放到特定的文件服务器,例如阿里云的oss,并使用cdn加速),前端服务器负责控制页面引用&跳转&路由,前端页面异步调用后端的接口,后端/应用服务器使用tomcat(把tomcat想象成一个数据提供者),加快整体响应速度。(这里需要使用一些前端工程化的框架比如nodejs,react,router,react,redux,webpack)
发现bug,可以快速定位是谁的问题,不会出现互相踢皮球的现象。页面逻辑,跳转错误,浏览器兼容性问题,脚本错误,页面样式等问题,全部由前端工程师来负责。接口数据出错,数据没有提交成功,应答超时等问题,全部由后端工程师来解决。双方互不干扰,前端与后端是相亲相爱的一家人。
在大并发情况下,我可以同时水平扩展前后端服务器,比如淘宝的一个首页就需要2000 台前端服务器做集群来抗住日均多少亿 的日均pv。(去参加阿里的技术峰会,听他们说他们的web容器都是自己写的,就算他单实例抗10万http并发,2000台是2亿http并发,并且他们还可以根据预知洪峰来无限拓展,很恐怖,就一个首页。。。)
减少后端服务器的并发/负载压力。除了接口以外的其他所有http请求全部转移到前端nginx上,接口的请求调用tomcat,参考nginx反向代理tomcat。且除了第一次页面请求外,浏览器会大量调用本地缓存。
即使后端服务暂时超时或者宕机了,前端页面也会正常访问,只不过数据刷不出来而已。
页面显示的东西再多也不怕,因为是异步加载。
nginx支持页面热部署,不用重启服务器,前端升级更无缝。
增加代码的维护性&易读性(前后端耦在一起的代码读起来相当费劲)。
提升开发效率,因为可以前后端并行开发,而不是像以前的强依赖。
在nginx中部署证书,外网使用https访问,并且只开放443和80端口,其他端口一律关闭(防止黑客端口扫描),内网使用http,性能和安全都有保障。
前端大量的组件代码得以复用,组件化,提升开发效率,抽出来!
七、注意事项
在开需求会议的时候,前后端工程师必须全部参加,并且需要制定好接口文档,后端工程师要写好测试用例(2个维度),不要让前端工程师充当你的专职测试,推荐使用chrome的插件postman或soapui或jmeter,service层的测试用例拿junit写。ps:前端也可以玩单元测试吗?
上述的接口并不是java里的interface,说白了调用接口就是调用你controler里的方法。
加重了前端团队的工作量,减轻了后端团队的工作量,提高了性能和可扩展性。
我们需要一些前端的框架来解决类似于页面嵌套,分页,页面跳转控制等功能。(上面提到的那些前端框架)。
如果你的项目很小,或者是一个单纯的内网项目,那你大可放心,不用任何架构而言,但是如果你的项目是外网项目,呵呵哒。
以前还有人在使用类似于velocity/freemarker等模板框架来生成静态页面,仁者见仁智者见智。
这篇文章主要的目的是说jsp在大型外网java web项目中被淘汰掉,可没说jsp可以完全不学,对于一些学生朋友来说,jsp/servlet等相关的java web基础还是要掌握牢的,不然你以为springmvc这种框架是基于什么来写的?
如果页面上有一些权限等等相关的校验,那么这些相关的数据也可以通过ajax从接口里拿。
对于既可以前端做也可以后端做的逻辑,我建议是放到前端,为什么?因为你的逻辑需要计算资源进行计算,如果放到后端去run逻辑,则会消耗带宽&内存&cpu等等计算资源,你要记住一点就是服务端的计算资源是有限的,而如果放到前端,使用的是客户端的计算资源,这样你的服务端负载就会下降(高并发场景)。类似于数据校验这种,前后端都需要做!
前端需要有机制应对后端请求超时以及后端服务宕机的情况,友好的展示给用户。
八、扩展阅读
其实对于js,css,图片这类的静态资源可以考虑放到类似于阿里云的oss这类文件服务器上(如果是普通的服务器&操作系统,存储在到达pb级的文件后,或者单个文件夹内的文件数量达到3-5万,io会有很严重的性能问题),再在oss上配cdn(全国子节点加速),这样你页面打开的速度像飞一样, 无论你在全国的哪个地方,并且你的nginx的负载会进一步降低。
如果你要玩轻量级微服务架构,要使用nodejs做网关,用nodejs的好处还有利于seo优化,因为nginx只是向浏览器返回页面静态资源,而国内的搜索引擎爬虫只会抓取静态数据,不会解析页面中的js,这使得应用得不到良好的搜索引擎支持。同时因为nginx不会进行页面的组装渲染,需要把静态页面返回到浏览器,然后完成渲染工作,这加重了浏览器的渲染负担。浏览器发起的请求经过nginx进行分发,URL请求统一分发到nodejs,在nodejs中进行页面组装渲染;API请求则直接发送到后端服务器,完成响应。
如果遇到跨域问题,spring4的CORS可以完美解决,但一般使用nginx反向代理都不会有跨域问题,除非你把前端服务和后端服务分成两个域名。JSONP的方式也被淘汰掉了。
如果想玩多端应用,注意要去掉tomcat原生的session机制,要使用token机制,使用缓存(因为是分布式系统),做单点,对于token机制的安全性问题,可以搜一下jwt。
前端项目中可以加入mock测试(构造虚拟测试对象来模拟后端,可以独立开发和测试),后端需要有详细的测试用例,保证服务的可用性与稳定性。
九、总结
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