在多台计算机需要协作共同完成任务的情况下，通常会采用客户端-服务器模型。这个模型广泛应用于各种计算机系统，包括计算机网络、数据库系统、操作系统、互联网应用等。
1、客户端计算架构的演变
客户端-服务器架构是架构模式和网络的关键部分。一开始，它很简单，主要用于数据交换和基础计算，服务器是主要的处理中心，而客户端的工作相对较少。但随着时间的推移，这种架构逐渐发展成为更复杂和多样化的形式，以满足不断增长的技术需求和挑战(如图5-6所示)。
下面，我们来看看客户端-服务器架构是怎样发展的。
1.1、大型机
在七八十年代的计算环境，就像一个大老板（大型计算机）和一群小秘书（哑终端）的工作方式。这个大老板做所有的重要工作，而小秘书们只是把信息传递给大老板处理。但慢慢地，这些小秘书（个人电脑）开始有了自己处理事情的能力，虽然还是要依赖大老板完成大部分工作。就像一个公司逐渐让员工独立处理事务，一些组织开始尝试让大老板和小秘书共同分担工作。这就是客户端-服务器架构的起步，它让工作更有效率，每个人都有自己的任务。
1.2、客户端-服务器架构
单层架构
在单层架构中，展示层、应用层和数据库层都集中在同一台机器上，如图5-7所示。这种架构的应用通常被称为单机应用程序。例如，微软Office和MP3播放器就是典型的单层架构应用。然而，在实际的生产环境中，这种架构的使用相对较少。
双层架构（客户端-服务器架构）
在双层架构结构中，第一层是客户端，第二层是服务器。应用逻辑可能分布在客户端的用户界面（UI）或数据库服务器中，也可能同时存在于两者之中。这意味着在客户端和服务器之间不存在中间件。具体可参见图5-8所示。
三层架构（基于Web的架构）
在三层架构中，系统被划分为客户端层、应用层和数据库层三个独立的层次。这种架构的特点是各层之间的线性连接，即所有通信都必须经过中间层处理。具体来说，无论是请求还是响应，都由位于中间的应用层接收和转发，然后才能到达客户端或服务器端。在这种架构下，客户端主要负责展示层的处理，应用服务器则管理应用层，而数据库服务器专注于数据库层。有关这种架构的具体布局，可以参见图 5-9。
N 层架构（多层架构）
在多层架构中，展示、应用处理和数据操控功能在物理层面上是分开的，形成了清晰的层次结构。其中，最常见的多层架构形式便是三层架构。
1.3、面向服务模式
在20世纪90年代中期，随着万维网（WWW）开始引起广泛关注，最初的万维网采用了三层架构。在这种架构中，网络浏览器充当客户端，而Web和应用服务器则托管所有的处理和逻辑。与此同时，面向服务的架构（SOA）也开始崭露头角。
**面向服务的架构（SOA）**是一种设计原则，使得应用程序能够利用网络中的服务。在SOA(如图5-10所示)中，主要有两种角色：
- 服务提供者：负责维护服务，并向消费者提供这些服务。
- 服务消费者：在服务目录中寻找服务的元数据，并开发客户端组件应用程序，以绑定和使用服务提供者提供的服务。
1.4、云服务模式
在21世纪的前十年，随着基于云的托管服务的兴起，开发者开始倾向于使用这些服务，因为它们提供了根据需求进行弹性伸缩的资源。云服务包含三种不同的托管选项：
- 基础设施即服务（IaaS） ：在这种模式下，开发者需关注应用程序、操作系统、数据和中间件等方面，而云服务则负责硬件、操作系统和网络等基础设施层面的事务。
- 平台即服务（PaaS） ：开发者主要关注应用程序和数据，其他如运行环境、操作系统等则由云服务提供和管理。
- 软件即服务（SaaS） ：这种模式允许在云中托管整个应用程序，用户通过网络访问。
如图5-11所示展示了IaaS、PaaS和SaaS这三种服务模式之间的区别。
1.5、微服务模式
在微服务架构方式下，应用服务被构建为一组松散耦合的服务。每个服务都运行在自己的进程中，并通过轻量级协议与其他客户端或服务进行通信。这种方式特别适合于采用敏捷开发方法的小型项目。有时，人们将其视为面向服务的架构（SOA）的一种变体，因为应用服务是由多个小型服务组成的，而不是作为一个单一的大型应用服务（单体应用服务）。Spring Boot、Swagger和Jersey等框架通常被用来构建微服务架构。如图5-12展示了单体应用服务与微服务架构之间的区别。
2、客户端和服务器通信
在理解客户端和服务器之间的通信之前，我们先弄清楚以下几个术语(如图5-13所示)：
- 请求（Requests） ：当客户端需要服务器提供数据（如文件）或通知服务器发生某些活动（例如用户尝试登录）时，它会发送一个请求。
- 响应（Response） ：响应是服务器发回给客户端的信息，用于回应客户端的请求。比如，响应可能包含身份验证的结果。
- 客户端(Client) ：客户端是发起请求的那一方。通常，客户端是一款需要从服务器获取信息或资源的软件应用，比如网络浏览器或电子邮件客户端。客户端发送请求给服务器，并等待服务器回应。
- 服务端（Service） ：服务端则是接收并响应客户端请求的那一方。它提供客户端所需的资源或信息。服务器通常位于远程计算机上，并通过网络进行访问。
需要注意的是，一台计算机可以同时运行Web服务器和文件服务器软件，以应对不同客户端提出的不同类型的请求，并提供相应的数据。
在客户端和服务器之间，信息的交换遵循一种叫做请求(requests)-响应(Response)消息模式。这个过程是这样的：客户端发出请求，服务器接收到请求之后，返回一个响应。这种消息的交换是进程间通信的一个典型例子。服务器组件不断地监听来自客户端的请求，一旦收到请求，服务器就会处理这个请求，然后把响应发送回客户端。根据不同的需求，服务器可以被进一步分为无状态服务器和有状态服务器。
- 有状态：有状态服务器会记住客户端从一个请求到下一个请求之间的数据（状态），存储会话状态，并跟踪诸如哪些客户端打开了哪些文件、文件的当前读写指针位置、哪些文件被哪些客户端锁定等信息。
- 无状态：无状态服务器则不保留任何状态信息，不存储任何会话状态，这意味着每个客户端的请求都是独立处理的，不属于任何新的或现有的会话。
为了能够同时处理多个客户端的请求，服务器常常采用主从模式。在这种模式下，主服务器不断监听客户端的请求。当收到一个请求时，主服务器会创建一个从服务器来处理这个请求，同时自己继续监听其他请求。与此同时，从服务器负责执行与客户端的所有后续通信。
如图5-14所示可以清晰地解释这种典型的客户端-服务器交互过程。
3、浏览器通常如何与服务器交互
- 首先，用户在浏览器中输入一个网站或文件的URL（统一资源定位符）。接着，浏览器向DNS（域名系统）服务器发送一个请求(如图5-15所示)。
- DNS服务器的任务是查找并确定网站服务器的具体地址。
- 当DNS服务器找到了网站服务器的地址后，它会回应并提供该网站服务器的IP地址。
- 有了网站服务器的IP地址（由DNS服务器提供）之后，浏览器就会向该IP发送一个HTTP/HTTPS的请求。
- 服务器接收到请求后，会发送回网站所需的文件。
- 最后，浏览器将这些文件进行渲染，然后网站内容就会在用户面前显示出来。这个渲染过程是通过DOM（文档对象模型）解释器、CSS解释器和JS引擎共同完成的，这些组件统称为JIT（即时编译器）。
4、客户端-服务器模型的优点
- 中心化：客户端-服务器网络的一个主要优势在于集中控制。所有关键信息都储存在一个地方，这对网络管理员来说尤其有利，因为他们可以完全控制管理和行政工作。网络中的任何问题都可以在同一个地方得到解决。同时，更新资源和数据也变得更加简单和高效。
- 安全性：在客户端-服务器网络的集中式架构中，数据的安全性得到了很好的保障。可以实施访问控制，确保只有授权用户可以访问，比如使用用户名和密码等凭证。此外，如果数据丢失，可以从中央备份轻松恢复。
- 可伸缩性：客户端-服务器网络具备很高的可伸缩性。用户可以根据需要增加资源，如增加客户端和服务器。扩展服务器的规模基本上不会导致中断，并且即使网络规模扩大，也不会有获取网络资源权限的问题，因为服务器是集中管理的。因此，所需的配置工作量较小。
- 易于管理：所有文件都存储在中心服务器上，使得文件管理变得更加容易。客户端-服务器网络能够方便地追踪和定位所需文件的记录。
- 可访问性：在客户端-服务器网络中，无论位置或平台如何，每个客户端都能登录系统。这使得所有用户都可以轻松访问他们的企业信息，而不需要依赖特定的终端模式或处理器。
5、客户端-服务器模型的缺点
- 流量拥堵：客户端-服务器网络的一个主要弱点是流量拥堵。如果过多的客户端同时向同一服务器发送请求，可能会导致服务器崩溃或连接速度降低。服务器过载会在访问信息时带来各种问题。
- 健壮性差：我们知道，客户端-服务器网络是集中式的。如果主服务器出现故障或受到干扰，整个网络可能会中断。因此，这种网络结构缺乏健壮性。
- 成本高：在客户端-服务器网络中，设置和维护服务器有时是一笔昂贵的开销。由于这类网络功能强大，其购买成本可能相当高，这可能不是所有用户都负担得起的。
- 难****维护：服务器一旦开始运行，通常会持续不断地工作。这就意味着每个服务器都需要得到适当的关注。任何问题的出现都需要立即解决，不能有任何延误。因此，应该由专业的网络管理员来负责服务器的维护。
6、小结
客户端-服务器模型是网络通信的一个基础模式。它描述了两台计算机------客户端和服务器------如何通过网络进行交互。在这个模型中，客户端是发起请求的计算机。当客户端需要某种服务或数据时，它向服务器发送一个请求。而服务器，则是接收并响应这些请求的计算机。
有些情况下，服务器在处理客户端的请求时，可能需要查询数据库以获取所需的信息。这时，服务器本身就扮演了客户端的角色，向数据库服务器发送请求。数据库服务器处理这些请求，并将所需的信息回送给原服务器。然后，原服务器再以此信息响应最初的客户端请求。在这个过程中，数据库可以被视为一种特殊类型的服务器，专门用于存储和管理数据。