Web 实现前后端分离,前后端解耦

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一、前言

”前后端分离“已经成为互联网项目开发的业界标杆,通过Tomcat+Ngnix(也可以中间有个Node.js),有效地进行解耦。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。

前后端分离(解耦)的核心思想是:前端Html页面通过Ajax调用后端的RestFul API并使用Json数据进行交互。

注:【在互联网架构中,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。】

一般只有Web服务器才能被外网访问,应用服务器只能内网访问。

二、为什么前后端分离

一般公司后端开发人员直接兼顾前端的工作,一边实现API接口,一边开发页面,两者互相切换着做,而且根据不同的url动态拼接页面,这也导致后台的开发压力大大增加。前后端工作分配不均。不仅仅开发效率慢,而且代码难以维护。

而前后端分离的话,则可以很好的解决前后端分工不均的问题,将更多的交互逻辑分配给前端来处理,而后端则可以专注于其本职工作,比如提供API接口,进行权限控制以及进行运算工作。而前端开发人员则可以利用nodejs来搭建自己的本地服务器,直接在本地开发,然后通过一些插件来将api请求转发到后台,这样就可以完全模拟线上的场景,并且与后台解耦。前端可以独立完成与用户交互的整一个过程,两者都可以同时开工,不互相依赖,开发效率更快,而且分工比较均衡。

三、从MVC到前后端分离

MVC 是一种经典的设计模式,全名为 Model-View-Controller,即 模型-视图-控制器。

其中,模型 是用于封装数据的载体,例如,在 Java 中一般通过一个简单的 POJO(Plain Ordinary Java Object)来表示,其本质是一个普通的 Java Bean,包含一系列的成员变量及其 getter/setter 方法。对于 视图 而言,它更加偏重于展现,也就是说,视图决定了界面到底长什么样子,在 Java 中可通过 JSP 来充当视图,或者通过纯 HTML 的方式进行展现,而后者才是目前的主流。模型和视图需要通过 控制器 来进行粘合,例如,用户发送一个 HTTP 请求,此时该请求首先会进入控制器,然后控制器去获取数据并将其封装为模型,最后将模型传递到视图中进行展现。

综上所述,MVC 的交互过程如下图所示:

图片[1]-Web 实现前后端分离,前后端解耦-JieYingAI捷鹰AI

也就是说,我们输入的是 AJAX 请求,输出的是 JSON 数据,市面上有这样的技术来实现这个功能吗?答案是 REST。

REST 全称是 Representational State Transfer(表述性状态转移),它是 Roy Fielding 博士在 2000 年写的一篇关于软件架构风格的论文,此文一出,威震四方!国内外许多知名互联网公司纷纷开始采用这种轻量级的 Web 服务,大家习惯将其称为 RESTful Web Services,或简称 REST 服务。

如果将浏览器这一端视为前端,而服务器那一端视为后端的话,可以将以上改进后的 MVC 模式简化为以下前后端分离模式:

图片[2]-Web 实现前后端分离,前后端解耦-JieYingAI捷鹰AI

可见,有了 REST 服务,前端关注界面展现,后端关注业务逻辑,分工明确,职责清晰。

四、认识Rest架构

REST 本质上是使用 URL 来访问资源种方式。众所周知,URL 就是我们平常使用的请求地址了,其中包括两部分:请求方式 与 请求路径,比较常见的请求方式是 GET 与 POST,但在 REST 中又提出了几种其它类型的请求方式,汇总起来有六种:GET、POST、PUT、DELETE、HEAD、OPTIONS。

尤其是前四种,正好与CRUD(Create-Retrieve-Update-Delete,增删改查)四种操作相对应,例如,GET(查)、POST(增)、PUT(改)、DELETE(删),这正是 REST 与 CRUD 的异曲同工之妙!需要强调的是,REST 是“面向资源”的,这里提到的资源,实际上就是我们常说的领域对象,在系统设计过程中,我们经常通过领域对象来进行数据建模。

REST 是一个“无状态”的架构模式,因为在任何时候都可以由客户端发出请求到服务端,最终返回自己想要的数据,当前请求不会受到上次请求的影响。也就是说,服务端将内部资源发布 REST 服务,客户端通过 URL 来访问这些资源,这不就是 SOA 所提倡的“面向服务”的思想吗?所以,REST 也被人们看做是一种“轻量级”的 SOA 实现技术,因此在企业级应用与互联网应用中都得到了广泛应用。

下面我们举几个例子对 REST 请求进行简单描述:

图片[3]-Web 实现前后端分离,前后端解耦-JieYingAI捷鹰AI

可见,请求路径相同,但请求方式不同,所代表的业务操作也不同,例如,/advertiser/1 这个请求,带有 GET、PUT、DELETE 三种不同的请求方式,对应三种不同的业务操作。

虽然 REST 看起来还是很简单的,实际上我们往往需要提供一个 REST 框架,让其实现前后端分离架构,让开发人员将精力集中在业务上,而并非那些具体的技术细节。

五、前后端分离意义大吗?

1、该网站前端变化远比后端变化频繁,则意义大。

2、该网站尚处于原始开发模式,数据逻辑与表现逻辑混杂不清,则意义大。

3、该网站前端团队和后端团队分属两个领导班子,技能点差异很大,则意义大。

4、该网站前端效果绚丽/跨设备兼容要求高,则意义大。

六、术业有专攻(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(ajax/jquery/js/html/css等等),又搞后端(java/mysql/oracle等等)。

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,我建议是分开。

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(dubbo,dubbox,spring cloud),弹性计算架构,微服务架构(springboot+zookeeper+docker+jenkins),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。

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。

七、耦合时代

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(controller/action),业务层(service/manage),持久层(dao)。

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(jstl/el/struts标签等)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(tomcat/jboss/weblogic/websphere/jetty/resin)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(),之后发生了什么?(这个问题也是很多公司的面试题)

我捡干的说了啊,基础不好的童鞋请自己去搜。

浏览器在通过域名通过dns服务器找到你的服务器外网ip,将http请求发送到你的服务器,在tcp3次握手之后(http下面是tcp/ip),通过tcp协议开始传输数据,你的服务器得到请求后,开始提供服务,接收参数,之后返回你的应答给浏览器,浏览器再通过content-type来解析你返回的内容,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,你的100张图片,浏览器要连着请求100次http请求(有人会跟我说http长连短连的问题,不在这里讨论),你的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(消耗你服务器上的计算资源)。

重点来了,这样的话,你的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你这台服务器上,如果1个人还好,如果10000个人并发访问呢(先不聊服务器集群,这里就说是单实例服务器),那你的服务器能扛住多少个tcp连接?你的带宽有多大?你的服务器的内存有多大?你的硬盘是高性能的吗?你能抗住多少IO?你给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。

理论上你可以把你的数据库+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,你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。

但是这样就好像是你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,那你的整个网站就挂掉了。

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,那么恭喜你,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。

注意:技术一定是要走在业务前面的,否则你将错过最佳的发展期。

此外,你的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你的性能瓶颈不在前端,那干嘛要水平扩展前端呢???

还有发版部署上线的时候,我明明只改了后端的代码,为什么要前端也跟着发布呢???(引用:《架构探险-轻量级微服务架构》,黄勇)

正常的互联网架构,是都要拆开的,你的web服务器集群,你的应用服务器集群+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。

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。

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5.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~)。

6、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。

7、如果jsp中的内容很多,页面响应会很慢,因为是同步加载。

8、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!

开发模式

以前老的方式是:

二次集成

集成成功

交付

新的方式是:

请求方式

以前老的方式是:

新的方式是:

(有兴趣的童鞋可以访问一下阿里巴巴等大型网站,然后按一下F12,监控一下你刷新一次页面,他的http是怎么玩的,大多数都是单独请求后台数据,使用json传输数据,而不是一个大而全的http请求把整个页面包括动+静全部返回过来)

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。

前后分离的优势

1、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

2、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。

3、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。。。

4、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。

5、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。

6、也许你也需要有微信相关的轻应用,那样你的接口完全可以共用,如果也有app相关的服务,那么只要通过一些代码重构,也可以大量复用接口,提升效率。(多端应用)

7、页面显示的东西再多也不怕,因为是异步加载。

8、nginx支持页面热部署,不用重启服务器,前端升级更无缝。

9、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)。

10、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。

11、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),

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THE END
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