每个 Java 软件架构师都应该知道的 20 件事

随着软件开发领域的快速发展，Java 脱颖而出，成为驱动全球范围内众多应用程序的基础语言。2024 年，Java 软件架构师的角色具有前所未有的重要性。软件架构师不仅必须对 Java 及其生态系统有深刻的理解，还必须掌握最新趋势、技术和最佳实践，才能构建具有弹性、可扩展且高效的应用程序。

本文仔细研究了每个 Java 软件架构师 在 2024 年应该掌握的 20 个基本领域。这些领域涵盖了微服务、云原生应用程序、反应式编程和区块链技术等各种主题，囊括了驾驭不断变化的软件架构领域所必需的技能和知识。此外，每个部分都提供了对相关技术的见解，并推荐了相关书籍，为架构师提供了全面的路线图，以保持其领域的领先地位。

1. 微服务架构

采用 微服务架构 需要将应用程序重新想象为一组较小的、可独立部署的松散耦合服务。这种方法允许单独开发和扩展服务。对于当代 Java 架构师来说，熟练掌握这种架构风格至关重要，因为它有助于有效设计和维护强大、可扩展且有弹性的系统。

相关技术

Spring Boot

一个强大的框架，用于创建可“直接运行”的独立、生产级 Spring 应用程序。

• Spring Cloud： 为开发人员提供工具来快速构建分布式系统中的一些常见模式（例如配置管理、服务发现、断路器）。
• Spring Data： 简化数据访问，使其更容易与各种数据库和存储技术配合使用。
• Spring Security： 为Java应用程序提供全面的安全服务，包括身份验证、授权和其他安全功能。

Quarkus

Quarkus 专为 Kubernetes 设计并针对 GraalVM 和 OpenJDK 进行了优化， 可提供快速的启动时间和低内存占用。

• Quarkus 扩展： 增强并集成了 Hibernate、RESTEasy 和 Kafka 等各种技术。
• Panache： 简化数据访问层的开发，使使用数据库变得更容易。
• Qute： Quarkus 的模板引擎，支持动态内容渲染。

OpenShift

基于 Kubernetes 的平台，帮助管理和部署容器化应用程序，简化微服务的编排。

• OpenShift 服务网格： 集成 Istio、Jaeger 和 Kiali 来管理微服务流量、可观察性和跟踪。
• OpenShift Pipelines： 基于Tekton，提供Kubernetes原生的CI/CD框架，实现部署自动化。
• OpenShift Serverless： 基于Knative，提供无服务器体验，可按需构建和部署应用程序。

推荐书籍

• Sam Newman 撰写的 《构建微服务：设计细粒度系统》
• John Carnell 撰写的 《Spring 微服务实战》
• Alex Soto Bueno 和 Jason Porter 撰写的 《Quarkus Cookbook：Kubernetes-Native Java》

2.云原生应用程序

对于企业和组织来说，开发能够充分利用云计算 潜力的强大应用程序 至关重要。这需要战略性地利用云平台和服务来实现无缝可扩展性、高可靠性和最佳运营效率。通过有效利用云计算，企业可以简化运营、提高敏捷性并促进具有成本效益的资源利用。

相关技术

• AWS： 亚马逊网络服务提供全面的云服务。
• Google Cloud Platform： 提供一系列计算、存储和应用服务。
• Microsoft Azure： 另一个领先的云平台，拥有用于构建和管理应用程序的大量工具。

推荐书籍

• Josh Long 和 Kenny Bastani 撰写的 《云原生 Java：使用 Spring Boot、Spring Cloud 和 Cloud Foundry 设计弹性系统》

3.容器化与编排

掌握容器化和编排技术可确保应用程序在不同环境中顺利运行，从而提高可扩展性和可靠性。

相关技术

• Docker： 使您能够在容器中打包和运行应用程序。
• Kubernetes： 一个用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序的开源系统。
• OpenShift： 使用 DevOps 工具扩展 Kubernetes，以促进容器编排和管理。

推荐书籍

• Karl Matthias 和 Sean P. Kane 撰写的 《Docker：启动与运行》
• 《Kubernetes 启动与运行》 作者：Kelsey Hightower、Brendan Burns 和 Joe Beda

4. 反应式编程

反应式编程允许有效地处理异步数据流，这对于现代 Web 应用程序至关重要。

相关技术

• Project Reactor： 在 JVM 上构建反应式应用程序的基础库。
• Akka： 用于构建高度并发、分布式、有弹性的消息驱动应用程序的工具包和运行时。
• RxJava： 一个使用可观察序列编写异步和基于事件的程序的库。

推荐书籍

• Tomasz Nurkiewicz 和 Ben Christensen 撰写的 “使用 RxJava 进行反应式编程”
• Josh Long 的 “Reactive Spring”

5.无服务器计算

无服务器架构使您无需管理基础设施即可构建应用程序，从而提高灵活性并降低运营开销。

相关技术

• AWS Lambda： 一种让您无需配置或管理服务器即可运行代码的服务。
• Azure Functions： 一种在云中轻松运行小段代码或“函数”的解决方案。
• Google Cloud Functions： 轻量级、基于事件的异步计算解决方案。

推荐书籍

• Peter Sbarski 撰写的 “AWS 上的无服务器架构”
• Mohamed Labouardy 撰写的 “使用 Python 构建无服务器应用程序”

6.事件驱动架构

设计对实时事件做出反应的系统可增强可扩展性和响应能力，使其成为现代应用程序的理想选择。

相关技术

• Apache Kafka： 一个分布式事件流平台，每天能够处理数万亿个事件。
• RabbitMQ： 一个可靠的消息系统，支持多种消息传递协议。
• AWS SNS/SQS： 用于可扩展消息队列的简单通知服务 (SNS) 和简单队列服务 (SQS)。

推荐书籍

• Ben Stopford 撰写的 《设计事件驱动系统》
• 《Kafka：权威指南》 作者：Neha Narkhede、Gwen Shapira 和 Todd Palino

7. 安全最佳实践

对于任何架构师来说，实施强大的安全措施来保护应用程序免受威胁和漏洞的侵害都是至关重要的。

相关技术

• Spring Security： 一个强大且可定制的身份验证和访问控制框架。
• OWASP 工具： 来自开放 Web 应用程序安全项目的各种工具和资源。
• JWT（JSON Web 令牌）： 一种紧凑的、URL 安全的表示双方之间传输的声明的方式。

推荐书籍

• Laurentiu Spilca 撰写的 “Spring Security 实际应用”
• Scott Oaks 撰写的 《Java 安全：编写安全代码》

8. DevOps 和 CI/CD

通过DevOps 实践整合开发和运营 并实施 CI/CD 管道对于高效可靠的软件交付至关重要。

相关技术

• Jenkins： 一个支持构建、部署和自动化项目的开源自动化服务器。
• GitLab CI/CD： 提供与 GitLab 集成的强大的 CI/CD 管道支持。
• Travis CI： 用于构建和测试托管在 GitHub 上的项目的持续集成服务。

推荐书籍

• 《DevOps 手册》， 作者：Gene Kim、Patrick Debois、John Willis 和 Jez Humble
• Jez Humble 和 David Farley 撰写的 《持续交付：通过构建、测试和部署自动化实现可靠的软件发布》

9. API 和集成

为服务集成设计强大的 API 可确保不同系统之间的无缝通信，这对于微服务和混合云环境至关重要。

相关技术

• REST： 一种设计网络应用程序的架构风格。
• GraphQL： 一种用于 API 的查询语言，以及使用您为数据定义的类型系统执行这些查询的运行时。
• OpenAPI/Swagger： 用于设计、构建、记录和使用 RESTful Web 服务的工具。

推荐书籍

• “设计 Web API”， 作者：Brenda Jin、Saurabh Sahni 和 Amir Shevat
• Marc-Andre Giroux 撰写的 《GraphQL：带示例的实用指南》

10.数据管理和NoSQL数据库

有效处理大量数据和了解 NoSQL 数据库对于性能和可扩展性至关重要。

相关技术

• MongoDB： 具有您所需的可扩展性和灵活性以及所需的查询和索引功能的文档数据库。
• Cassandra： 一种分布式 NoSQL 数据库管理系统，旨在处理许多商品服务器上的大量数据。
• Redis： 内存数据结构存储，用作分布式内存键值数据库、缓存和消息代理。

推荐书籍

• Pramod J. Sadalage 和 Martin Fowler 撰写的 《NoSQL 精粹：新兴多语言持久性世界的简要指南》
• 《MongoDB：权威指南》 作者：Kristina Chodorow

11.分布式系统

设计和管理分布式系统可确保高可用性和容错能力，这对于大型应用程序至关重要。

相关技术

• Apache Zookeeper： 用于维护配置信息、命名、提供分布式同步以及提供组服务的集中服务。
• Consul： 提供服务发现、配置和分段功能。
• Netflix Eureka： 一种基于 REST 的服务，主要用于 AWS 云中定位服务，以实现中间层服务器的负载平衡和故障转移。

推荐书籍

• Martin Kleppmann 撰写的 《设计数据密集型应用程序》
• 《分布式系统：原理与范例》 （作者：Andrew S. Tanenbaum 和 Maarten Van Steen）

12.并发和并行

有效地管理并发和并行可以提高应用程序的性能和响应能力，这使其成为架构师的一项关键技能。

相关技术

• Java 并发框架： 提供高级并发构造。
• Fork/Join框架： 简化开发并行应用程序的过程。
• 反应流： 一项旨在为具有非阻塞背压的异步流处理提供标准的计划。

推荐书籍

• Brian Goetz 撰写的 《Java 并发实践》
• Heinz Kabutz 撰写的 “Java 并发实践”

13. 性能调优与优化

定期调整和优化 Java 应用程序可确保它们在不同的条件和规模下高效运行。

相关技术

• Java Mission Control： 一套用于监控、管理和排除 Java 应用程序故障的工具。
• VisualVM： 集成多个命令行 JDK 工具和轻量级分析功能的可视化工具。
• JProfiler： 一个强大的 Java 分析器，可帮助解决性能瓶颈问题。

推荐书籍

• Scott Oaks 撰写的 《Java 性能：权威指南》
• Benjamin J. Evans、Jim Gough 和 Chris Newland 撰写的 《优化 Java》

14.了解 Java 生态系统和更新

紧跟最新的 Java 更新和生态系统可确保使用最高效和最安全的版本。

相关技术

• JDK 17+： Java 的最新长期支持 (LTS) 版本。
• OpenJDK： Java 平台标准版的免费开源实现。

推荐书籍

• Raoul-Gabriel Urma、Mario Fusco 和 Alan Mycroft 撰写的 《现代 Java 实战》
• Joshua Bloch 著 《Effective Java》

15. 架构模式和最佳实践

应用经过验证的架构模式和最佳实践可以带来更加健壮和可维护的应用程序。

相关技术

• MVC（模型-视图-控制器）： 一种常用于开发用户界面的架构模式。
• CQRS（命令查询职责分离）： 一种分离数据存储的读取和更新操作的模式。
• 事件源： 将业务实体的状态存储为一系列状态变化事件。

推荐书籍

• Martin Fowler 的 《企业应用程序架构模式》
• Eric Evans 的 《领域驱动设计：解决软件核心的复杂性》

16. 测试和测试驱动开发（TDD）

实施全面的测试实践并采用 TDD 可提高代码质量和可靠性。

相关技术

• JUnit： 用于编写可重复测试的简单框架。它是单元测试框架 xUnit 架构的一个实例。
• Mockito： Java 中的单元测试模拟框架。
• Selenium： 用于测试 Web 应用程序的可移植框架。

推荐书籍

• Kent Beck 撰写的 《测试驱动开发：示例》
• Petar Tahchiev、Felipe Leme、Vincent Massol 和 Gary Gregory 撰写的 “JUnit 实战”

17.图形数据库

理解和使用 图形数据库 可以有效处理高度连接的数据，这在现代应用中越来越重要。

相关技术

• Neo4j： 高度可扩展的本机图形数据库，专为利用数据关系而构建。
• Amazon Neptune： 完全托管的图形数据库服务。
• ArangoDB： 原生多模型数据库系统。

推荐书籍

• Ian Robinson、Jim Webber 和 Emil Eifrem 撰写的 《图形数据库》
• Rik Van Bruggen 的 “学习 Neo4j”

18.大数据与分析

利用大数据技术和分析工具对于从大型数据集中提取有价值的见解至关重要。

相关技术

• Apache Hadoop： 一个开源框架，允许跨计算机集群分布式处理大型数据集。
• Apache Spark： 用于大规模数据处理的统一分析引擎。
• Elasticsearch： 一个分布式、RESTful 搜索和分析引擎。

推荐书籍

• Nathan Marz 和 James Warren 合著的 《大数据：可扩展实时数据系统的原理和最佳实践》
• 《Spark：权威指南》 作者：Bill Chambers 和 Matei Zaharia

19.人工智能和机器学习

将 AI 和 ML 功能集成到应用程序中可以提供竞争优势和新功能。

相关技术

• TensorFlow： 一个用于机器学习的开源库。
• Deeplearning4j： JVM 的深度学习库。
• Weka： 用于数据挖掘任务的机器学习算法集合。

推荐书籍

• 《人工智能：思考人类的指南》 作者：梅兰妮·米切尔
• Yusuke Sugomori 撰写的 《使用 Java 进行深度学习》

20.区块链技术

了解区块链基础知识及其潜在应用可以为安全、分散的应用开辟新的可能性。

相关技术

• Hyperledger Fabric： 一个许可的区块链基础设施。
• 以太坊： 运行智能合约的去中心化平台。
• Corda： 一个专为商业设计的开源区块链平台。

推荐书籍

• 《区块链基础知识：25 步非技术介绍》 作者：Daniel Drescher
• Imran Bashir 撰写的 《精通区块链》

结论

随着软件开发领域的快速发展，Java 软件架构师的角色变得越来越重要。在本文中，我们强调了成功驾驭现代应用程序开发复杂性所必需的关键知识和技能。Java 架构师不仅必须精通微服务架构、云原生应用程序、容器化、反应式编程、无服务器计算、事件驱动架构和强大的安全实践，还必须了解这些概念之间的相互作用，以确保他们的应用程序在当今动态的环境中具有高度的弹性、可扩展性和安全性。

紧跟最新技术和最佳实践，并通过推荐书籍不断学习，对于架构师来说至关重要，这样他们才能持续设计和构建能够满足当今数字世界需求的高性能应用程序。通过遵循这些基本原则，架构师不仅可以提高软件质量，还可以引导创新并带领组织走向未来。

原文链接： https://dzone.com/articles/20-things-for-every-java-software-architect