一、前戏
前后端分离已经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。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。
二、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,前后端都搞。
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,那他必经什么都不精
大中型企业需要专业人才,小公司要全才。但是对于个人职业发展来说,我建议分开。
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原理以及源码Linux,mysql 事务隔离与锁机制,mongodb,http/tcp,多线程,分布式架构,弹性计算机构,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,node.js,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。
前端追求的是:页面表现,速度流畅,兼容性,用户体验等。
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。
三、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?(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哟,亲~)
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???
正常的互联网架构都要拆分的,你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。
四 jsp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,因此也没有那么多的苛刻的性能要求,
但现在是大数据时代,对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不能满足我们,
因此我们需要找到一种解耦的方式,来大幅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,图片等等。一旦服务器出现情况,前后台一起玩完,用户体验很差。
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(因为页面会经常出现大量的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jsp的web服务器里运行(例如tomcat,jetty,resin等),无法使用ngingx等(NGINX据说单实例http并发5w,这个优势要用上)性能提不上来。
4,第一次请求jsp,必须在web服务器里编译成servlet,第一次运行会比较慢。
5,每次请求jsp都是访问servlet再用输出流输出html页面,效率没有直接使用html高
6,jsp内有较多的标签和表达方式,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,以及配置各种后端的开发环境
基于以上的一些痛点,我们应该把整个项目的开发权重往前移,剩下后端真正的解耦!
五,开发模式
以前老的方式是:
1,产品经理、领导/客户提出需求
2,ui做出设计图
3,前端工程师做html页面
4,后端工程师将html页面套成jsp(前后端依赖强,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)
5,集成出现问题
6,前端返工
7,后端返工
8,二次集成
9,集成成功
10,交付
新的方式是:
1,产品经理/领导/客户提出需求
2,ui做出设计图
3,前后端约定接口&数据&参数
4,前后端并行开发(无强依赖,可以前后端并行开发,如果绣球变更,只要接口&参数不变就不用2边都修改代码,开发效率高)
5,前后端集成
6,前端页面调整
7,集成成功
8,交付
六,请求方式
以前老大方式是:
1,客户端请求,
2,服务端的servlet或controller接受请求(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)
3,调用service,dao代码完成业务逻辑
4,返回jsp
5,jsp展现一些动态的代码
新的方式是
1,浏览器发送请求
2,直接到达html页面(前端控制路由与渲染页面,整个开发的权重前移)
3,html页面负责调用服务接口产生数据(通过ajax等等,后台返回的json格式数据,json数据格式因为简洁高效而取代xml)
4,填充html,展现动态效果,在页面进行解析并操作DOM;
总结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。
七,前后端分离的优势
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css,js,图片等一系列静态资源(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),加快找你个体响应速度。(这里需要使用一些前端工程化的框架比如node.js,react,router.react,redux,webpack)
2,发现bug,可以快速定位是谁的问题,不会出现相互扯皮的现象。页面逻辑,跳转错误,浏览器兼容问题,脚本错误,页面样式等问题,全部由前端工程师负责。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解决。双方互不干扰,前后端是相亲相爱的一家人。
3。在大并发的情况下,我们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,接口请求是tomcat,参考nginx反向代理tomcat。除了第一次页面请求外,浏览器会大量调用本地缓存。
5,即使后端服务器宕机了,前端页面也会正常那个访问,只不过数据出不来而已
6,也许你也需要有微信相关的轻应用,那样你的借口完全可以共用,也可以有app相关的应用服务,那么系需要通过一些代码重构,也可以大量服用接口,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。
9,参加代码的维护性和易读性(前后端耦合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,并不是以前的强依赖。
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),内网使用http,性能和安全都有保障。
12、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!
八、注意事项
1、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?
2、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。
3、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。
4、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)。
5、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。
6、 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。
7、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?
8、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。
9、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!
10、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。
九、扩展阅读
1,其实对于js,css,图片这类的静态资源可以考虑放到类似阿里云的oss这类文件服务器上(如果普通的服务器&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会很严重的性能问题),在在oss上配cdn(全国子节点加速),这样你的页面打开的速度向飞一样,无论在全国哪个地方,并且你的NGINX的负载会进一步降低。
2,如果你要玩轻量级微服务架构,要使用node.js做网关,用node.js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,而过捏的搜索引擎爬虫只会抓取静态数据,不会解析页面的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请求同意分发到node.js,在node.js中进行页面的组装渲染;APi请求直接发送到后端服务器,完成响应。
3,如果遇到跨域问题,spring4的CROS可以完美解决,但是一般使用nginx反向代理都不会有跨域问题,除非你把前后端服务分成2个域名。JSONP的方式也被淘汰掉了。
4,如果想玩多端应用,注意去掉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机制安全性问题,可以搜一下jwt
5,前端项目中可以加入mock测试(构造虚拟对象来模拟后端,可以独立开发和测试),后端需要有详细的测试用例,保证服务的可用性和稳定性。
十,总结
前后端分离并非仅仅是一种开发模式,而是一种架构模式(前后端分离结构)。千万不要以为只有在撸代码的时候把前后端分开就是前后端分离了,需要区分前后端项目。前后端项目是2个项目,放在 不同的服务器,需要独立部署,2个不同的工程,2个不同的代码库,不同的开发人员。前后端工程师需要约定交互接口,实现并行开发,开发结束后需要进行独立部署,前端通过ajax来调用http请求调用后端的restful.前端只需要关注页面样式和动态数据的解析&渲染,而后端专注于业务逻辑。
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