图表即代码：使用 Diagrams 制作云系统架构原型图

2021-11-08 00:31:08

一、前言

昨天发现了一款非常不错的云系统架构原型图制作库 Diagrams，通过它，我们便可以使用代码的方式绘制诸如阿里云、AWS、Azure、K8S 等系统架构原型图。

相比于在 UI 上对各种图标进行拖拽和调整，这种方式更符合我们程序员的使用习惯。

本文不仅要介绍下这个库，也想说说我是如何参与到这个库中以支持阿里云资源。

二、安装

Diagrams 使用 Graphviz 来渲染图表，在安装 diagrams 之前需要先安装 Graphviz。

macOS 用户（如果使用 Homebrew）可以使用 brew install graphviz 的方式来安装 Graphviz。

安装 diagrams 的方式有多种，通过 pip、pipenv 和 poetry 均可：

# 使用 pip (pip3)
$ pip install diagrams

# 使用 pipenv
$ pipenv install diagrams

# 使用 poetry
$ poetry add diagrams

三、快速开始

# diagram.py
from diagrams import Diagram
from diagrams.alibabacloud.network import SLB
from diagrams.alibabacloud.compute import ECS
from diagrams.alibabacloud.database import RDS

with Diagram("Web Service", show=False):
    SLB("lb") >> ECS("web") >> RDS("userdb")

执行后，就能生成如下架构图：

$ python diagram.py

四、指南

Diagrams 库非常容易掌握，我们仅需要掌握三个概念就能轻松绘制云系统架构图：

Diagram：这是表示图的最主要的对象，代表一个架构图
Node：表示一个节点或系统组件，比如快速开始中的SLB、ECS和RDS都是架构图中的节点
Cluster：表示集群或分组，可将多个节点放到一个集群中

4.1 图 Diagram

使用 Diagram 类来创建图环境上下文，使用 with 语法来使用这个上下文。Diagram 的第一个参数是会被用作架构图的名称以及输出的图片文件名（转换为小写+下划线）。

from diagrams import Diagram
from diagrams.aws.compute import EC2

with Diagram("Simple Diagram"):
    EC2("web")

运行上述代码，会生成一个包含 EC2 节点的架构图，并存放在当前的 simple_diagram.png 中。

Diagram 类还支持如下参数：

outformat：指定输出图片的类型，默认是 png，可以是 png、jpg、svg 和 pdf
show：指定是否显示图片，默认是 False
graph_attr、node_attr 和 edge_attr：指定 Graphviz 属性选项，用来控制图、点、线的样式，详情查看参考链接

4.2 节点 Node

目前，Diagrams 支持五类云资源节点，分别是 AWS、Azure、AlibabaCloud、GCP 和 K8S。

节点之间的关系使用操作符来表示，分别是：

>>：左节点指向右节点
<<：右节点指向左节点
-：节点互相连接，没有方向

以下是一个例子：

from diagrams import Diagram
from diagrams.aws.compute import EC2
from diagrams.aws.database import RDS
from diagrams.aws.network import ELB
from diagrams.aws.storage import S3

with Diagram("Web Services", show=False):
    ELB("lb") >> EC2("web") >> RDS("userdb") >> S3("store")
    ELB("lb") >> EC2("web") >> RDS("userdb") << EC2("stat")
    (ELB("lb") >> EC2("web")) - EC2("web") >> RDS("userdb")

Diagrams 不仅支持单个节点的关系建立，还支持一组节点和其他节点的关系建立，使用 list 来表示一组节点。示例如下：

from diagrams import Diagram
from diagrams.aws.compute import EC2
from diagrams.aws.database import RDS
from diagrams.aws.network import ELB

with Diagram("Grouped Workers", show=False, direction="TB"):
    ELB("lb") >> [EC2("worker1"),
                  EC2("worker2"),
                  EC2("worker3"),
                  EC2("worker4"),
                  EC2("worker5")] >> RDS("events")

4.3 集群/组 Cluster

当我们需要在架构图上表示几个节点属于一个集群时，就要用到 Cluster。和 Diagram 的使用方式类似，它也是一个上下文管理器，使用 with 语法。
示例如下：

from diagrams import Cluster, Diagram
from diagrams.aws.compute import ECS
from diagrams.aws.database import RDS
from diagrams.aws.network import Route53

with Diagram("Simple Web Service with DB Cluster", show=False):
    dns = Route53("dns")
    web = ECS("service")

    with Cluster("DB Cluster"):
        db_master = RDS("master")
        db_master - [RDS("slave1"),
                     RDS("slave2")]

    dns >> web >> db_master

Diagrams 还支持嵌套集群，只需嵌套使用 with Cluster() 即可：

from diagrams import Cluster, Diagram
from diagrams.aws.compute import ECS, EKS, Lambda
from diagrams.aws.database import Redshift
from diagrams.aws.integration import SQS
from diagrams.aws.storage import S3

with Diagram("Event Processing", show=False):
    source = EKS("k8s source")

    with Cluster("Event Flows"):
        with Cluster("Event Workers"):
            workers = [ECS("worker1"),
                       ECS("worker2"),
                       ECS("worker3")]

        queue = SQS("event queue")

        with Cluster("Processing"):
            handlers = [Lambda("proc1"),
                        Lambda("proc2"),
                        Lambda("proc3")]

    store = S3("events store")
    dw = Redshift("analytics")

    source >> workers >> queue >> handlers
    handlers >> store
    handlers >> dw

五、我是如何贡献代码

看到 Diagrams 库时，我感到很兴奋。我们画示意图无外乎两种，一种是通过UI来画，一种是通过DSL来制作。在流程图、时序图方面，PlantUML 是我很喜欢的 DSL，然而在云系统架构图方面，过去确实没发现相关的库，直到看到了 Diagrams。

在我看到 Diagrams 时，它还只是支持 AWS、Azure、GCP 和 K8S，我心想怎么能没有阿里云呢？这么好的库我岂不是用不了了。既然如此，不如自己动手，丰衣足食吧。阅读 Diagrams 的代码，会发现写的还真不错，代码清晰简单，还提供了完善的脚手架。

对于它所支持的云供应商（比如 AWS），当我们想更新里面的资源时，只需要在 resources/aws 文件夹中更新资源图片，然后执行 ./autogen.sh 即可。./autogen.sh 会对 resources/ 做这么几件事：

将特定云供应商的 svg 图片转换为 png
将特定云供应商的图片调整为圆角图片
自动生成节点类代码
自动生成文档
使用 black 格式化自动生成的代码

对于它所不支持的云供应商（比如 AlibabaCloud），则要先修改脚手架和配置文件以支持新的云供应商，然后遵循上面的方法即可。具体改动内容可见此 PR。

参与一个开源项目其实就是这么简单，当你发现满足不了你的需求时，就阅读它的源码以了解实现原理，然后再自己动手实现需求，最后就是向作者提个 PR。

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