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微服務架構·基礎篇

(給ImportNew加星標,提高Java技能)

 

轉自:cyfonly

 

看到最近“微服務架構”這個概念這麼火,作為一個積極上進的程式猿,成小胖忍不住想要學習學習。而架構師老王(不是隔壁老王)最近剛好在做公司基礎服務的微服務化研究和落地,對此深有研究。

 

於是成小胖馬上屁顛屁顛的跑過去向老王請教:“王哥,我看微服務架構這麼火,我也想學,您給我講講啥是微服務架構唄?”

 

老王笑了笑說:“要想知道什麼是微服務架構,你得先知道什麼系統架構設計。”

 

成小胖的理想是成為一名架構師,平時積累了不少知識,因此對“系統架構設計”這個概念還是很熟悉的,因此他馬上就給出了答案【1】:

 

系統架構設計描述了在應用系統的內部,如何根據業務、技術、組織、靈活性、可擴展性以及可維護性等多種因素,將應用系統劃分成不同的部分,並使這些部分彼此之間相互分工、相互協作,從而為用戶提供某種特定的價值的方式。

 

老王滿意的點點頭,繼續問:“你看最近我在做微服務的研究和落地,你知道為什麼要做這個事情嗎?”

 

“因為目前的三層架構存在很多弊端,不滿足業務發展的需求了唄。”

 

“對的,我看你對公司目前的架構也非常熟悉了,你來仔細說說現在的三層架構吧。”

 

於是成小胖拿了一張A4紙,圖文並茂地給老王講了他對三層架構的理解:

 

三層架構是指在業務和技術的發展過程中,系統中不同職責的部分被定義在不同的層次,每一層負責的功能更加具體化。三層架構通常包括表示層、業務邏輯層和資料訪問層,層與層之間互相連接、互相協作,構成一個整體,並且層的內部可以被替換成其他可以工作的部分,但對整體的影響不大。

 

以 Web 應用程式為例,早期是將所有的表示邏輯、業務邏輯和資料訪問邏輯放在一起,這就是一層架構。

 

後來隨著 java、.NET 等高級語言的發展,提供了越來越方便的資料訪問機制,如 java 的 JDBC 和 .NET 的 ADO.NET。這時資料訪問部分被分離開來,形成了二層架構。

 

再後來,隨著面向物件設計、企業架構樣式等理念的不斷發展,表示邏輯和業務邏輯也被分離開來,形成了現在的三層架構。

 

三層架構的具體內容如下:

 

  • 表示層: 用戶使用應用程式時,看到的、聽見的、輸入的或者交互的部分。
  • 業務邏輯層: 根據用戶輸入的信息,進行邏輯計算或者業務處理的部分。
  • 資料訪問層: 關註有效地操作原始資料的部分,如將資料儲存到儲存介質(如資料庫、檔案系統)及從儲存介質中讀取資料等。

 

老王對這個解釋非常滿意,作了進一步的補充:“你看雖然現在程式被分成了三層,但只是邏輯上的分層,並不是物理上的分層。也就是說,對不同層的代碼而言,經過編譯、打包和部署後,所有的代碼最終還是運行在同一個行程中。而這,就是所謂的單塊架構。”

 

成小胖撓了撓頭:“原來單塊架構是這個意思啊~~”

 

“嗯。根據你的實際工作經驗,你再總結下單塊架構的優缺點吧。”

 

平時勤於總結的成小胖很快便列出了單塊架構的優缺點:

 

優點:

 

  • 易於開發: 開發方式簡單,IDE 支持好,方便運行和除錯。
  • 易於測試: 所有功能運行在一個行程中,一旦行程啟動,便可以進行系統測試。
  • 易於部署: 只需要將打好的一個軟體包發佈到服務器即可。
  • 易於水平伸縮: 只需要創建一個服務器節點,配置好運行時環境,再將軟體包發佈到新服務器節點即可運行程式(當然也需要採取分發策略保證請求能有效地分發到新節點)。

 

缺點:

 

  • 維護成本大: 當應用程式的功能越來越多、團隊越來越大時,溝通成本、管理成本顯著增加。當出現 bug 時,可能引起 bug 的原因組合越來越多,導致分析、定位和修複的成本增加;並且在對全域性功能缺乏深度理解的情況下,容易在修複 bug 時引入新的 bug。
  • 持續交付周期長: 構建和部署時間會隨著功能的增多而增加,任何細微的修改都會觸發部署流水線。
  • 新人培養周期長: 新成員瞭解背景、熟悉業務和配置環境的時間越來越長。
  • 技術選型成本高: 單塊架構傾向於採用統一的技術平臺或方案來解決所有問題,如果後續想引入新的技術或框架,成本和風險都很大。
  • 可擴展性差: 隨著功能的增加,垂直擴展的成本將會越來越大;而對於水平擴展而言,因為所有代碼都運行在同一個行程,沒辦法做到針對應用程式的部分功能做獨立的擴展。

 

老王拍了拍成小胖的肩膀,眼睛眯成了一條縫:“小伙子總結的很不錯!既然你已經對目前的單塊架構的優缺點有了很好的理解,那現在咱們就可以開始來學習微服務架構了。”

 

老王先從網上搜索“微服務架構”關鍵字,出來這麼一段話:

 

微服務架構是一種架構樣式,它提倡將單一應用程式劃分成一組小的服務,服務之間互相協調、互相配合,為用戶提供最終價值。每個服務運行在其獨立的行程中,服務於服務間採用輕量級的通信機制互相溝通(通常是基於 HTTP 的 RESTful API)。每個服務都圍繞著具體業務進行構建,並且能夠被獨立地部署到生產環境、類生產環境等。另外,應儘量避免統一的、集中式的服務管理機制,對具體的一個服務而言,應根據業務背景關係,選擇合適的語言、工具對其進行構建。

 

成小胖看完了這段話,說:“看著有點暈,雲里霧裡的感覺……”

 

老王嘿嘿一笑:“莫慌,現在就給你詳細講講微服務架構的特性。”

 

1. 單一職責

 

微服務架構中的每個服務,都是具有業務邏輯的,符合高內聚、低耦合原則以及單一職責原則的單元,不同的服務通過“管道”的方式靈活組合,從而構建出龐大的系統。

 

2. 輕量級通信

 

服務之間通過輕量級的通信機制實現互通互聯,而所謂的輕量級,通常指語言無關、平臺無關的交互方式。

 

對於輕量級通信的格式而言,我們熟悉的 XML 和 JSON,它們是語言無關、平臺無關的;對於通信的協議而言,通常基於 HTTP,能讓服務間的通信變得標準化、無狀態化。目前大家熟悉的 REST(Representational State Transfer)是實現服務間互相協作的輕量級通信機制之一。使用輕量級通信機制,可以讓團隊選擇更適合的語言、工具或者平臺來開發服務本身。

 

3. 獨立性

 

每個服務在應用交付過程中,獨立地開發、測試和部署。

 

在單塊架構中所有功能都在同一個代碼庫,功能的開發不具有獨立性;當不同小組完成多個功能後,需要經過集成和回歸測試,測試過程也不具有獨立性;當測試完成後,應用被構建成一個包,如果某個功能存在 bug,將導致整個部署失敗或者回滾。

 

在微服務架構中,每個服務都是獨立的業務單元,與其他服務高度解耦,只需要改變當前服務本身,就可以完成獨立的開發、測試和部署。

 

4. 行程隔離

 

單塊架構中,整個系統運行在同一個行程中,當應用進行部署時,必須停掉當前正在運行的應用,部署完成後再重啟行程,無法做到獨立部署。

 

有時候我們會將重覆的代碼抽取出來封裝成組件,在單塊架構中,組件通常的形態叫做共享庫(如 jar 包或者 DLL),但是當程式運行時,所有組件最終也會被加載到同一行程中運行。

 

在微服務架構中,應用程式由多個服務組成,每個服務都是高度自治的獨立業務物體,可以運行在獨立的行程中,不同的服務能非常容易地部署到不同的主機上。

 

理論上所有服務可以部署在同一個服務器節點,但是並不推薦這麼做,因為微服務架構的主旨就是高度自治和高度隔離。

 

“王哥你真厲害,您這麼一說我的思維清晰了很多!”成小胖激動的幾乎要叫起來。

 

“我之前瞭解過 SOA,好像跟微服務架構的思想很像啊,您能幫我區分一下嗎?”成小胖追問到。

 

老王嘿嘿一笑,拿起成小胖手上的A4紙,翻到另外一面畫了個表格:

 

 

成小胖看了之後說:“您這麼一畫我倒是大概明白了,但是 DevOps 這個概念我不懂誒……”

 

“這個 DevOps 就說來話長了,有時間你自己先去查查資料瞭解下吧。”

 

“好的。現在我對微服務架構的概念有了瞭解,您能再深入剖析下它的本質嗎?”

 

“好,你可仔細聽好了哈!”

 

1. 服務作為組件

 

微服務也可以被認為是一種組件,但是跟傳統組件的區別在於它可以獨立部署,因此它的一個顯著的優勢。另外一個優點是,它在組件與組件之間定義了清晰的、語言無關、平臺無關的規範接口,耦合度低,靈活性非常高。但它的不足之處是,分佈式呼叫嚴重依賴於網絡的可靠性和穩定性。

 

2. 圍繞業務組織團隊

 

在單塊架構中,企業一般會根據技能劃分團隊,在這種組織架構下,即便是簡單的需求變更都有可能需要跨團隊協作,溝通成本很高。而在微服務架構中,它提倡以業務為核心,按照業務能力來組織團隊,團隊中的成員具有多樣性的技能。

 

3. 關註產品而非專案

 

在單塊架構中,應用基本上是基於“專案樣式”構建的,即專案啟動時從不同技能資源池中抽取相關資源組成團隊,專案結束後釋放所有資源。這種情況下團隊成員缺乏主人翁意識和產品成就感。

 

在微服務架構中,提倡採用“產品樣式”構建,即更傾向於讓團隊負責整個服務的生命周期,以便提供更優質的服務。

 

4. 技術多樣性

 

微服務架構中,提倡針對不同的業務特征選擇合適的技術方案,有針對性的解決具體業務問題,而不是像單塊架構中採用統一的平臺或技術來解決所有問題。

 

5. 業務資料獨立

 

隨著業務的發展,可以方便地選擇更合的工具管理或者遷移業務資料。

 

6. 基礎設施自動化

 

微服務架構提供自主管理其相關的業務資料,這樣可以隨著業務的發展提供資料接口集成,而不是以資料庫的方式同其他服務集成。另外,在微服務架構的實踐過程中,對持續交付和部署流水線的要求很高,將促進企業不斷尋找更高效的方式完成基礎設施的自動化及 DevOps 運維能力的提升。

 

聽完成小胖忍不住表達了敬佩之意:“老司機就是老司機,噢說錯了……架構師就是架構師,總結得這麼簡潔又深刻!”

 

“咳咳,低調低調……”

 

“聽您講解了這麼多,我覺得微服務架構解決了很多當前三層架構的痛點。不過我覺得沒有任何一項技術或架構是完美的。”

 

“非常正確。進行微服務架構的落地是存在很多挑戰的。”

 

1. 分佈式系統的複雜性

 

微服務架構是基於分佈式的系統,而構建分佈式系統必然會帶來額外的開銷。

 

  • 性能: 分佈式系統是跨行程、跨網絡的呼叫,受網絡延遲和帶寬的影響。
  • 可靠性: 由於高度依賴於網絡狀況,任何一次的遠程呼叫都有可能失敗,隨著服務的增多還會出現更多的潛在故障點。因此,如何提高系統的可靠性、降低因網絡引起的故障率,是系統構建的一大挑戰。
  • 異步: 異步通信大大增加了功能實現的複雜度,並且伴隨著定位難、除錯難等問題。
  • 資料一致性: 要保證分佈式系統的資料強一致性,成本是非常高的,需要在 C(一致性)A(可用性)P(分割槽容錯性) 三者之間做出權衡。

 

2. 運維成本

 

運維主要包括配置、部署、監控與告警和日誌收集四大方面。微服務架構中,每個服務都需要獨立地配置、部署、監控和收集日誌,成本呈指數級增長。

 

3. 自動化部署

 

在微服務架構中,每個服務都獨立部署,交付周期短且頻率高,人工部署已經無法適應業務的快速變化。因此如何有效地構建自動化部署體系,是微服務面臨的另一個挑戰。

 

4. DevOps 與組織架構

 

在微服務架構的實施過程中,開發人員和運維人員的角色發生了變化,開發者將承擔起整個服務的生命周期的責任,包括部署和監控;而運維則更傾向於顧問式的角色,儘早考慮服務如何部署。因此,按需調整組織架構、構建全功能的團隊,也是一個不小的挑戰。

 

5. 服務間的依賴測試

 

單塊架構中,通常使用集成測試來驗證依賴是否正常。而在微服務架構中,服務數量眾多,每個服務都是獨立的業務單元,服務主要通過接口進行交互,如何保證依賴的正常,是測試面臨的主要挑戰。

 

6. 服務間的依賴管理

 

微服務架構中,服務數量眾多,如何清晰有效地展示服務間的依賴關係也是個不小的挑戰。

 

“微服務的落地需要經過全面的考察和完善的試驗,並不是每個場景都適合使用微服務架構,也不是每個企業都有能力或者精力去面對這些挑戰。”老王最後語重心長的說。

 

“嗯嗯,每件事都有兩面性,最合適的才是最好的!對了王哥,您已經給我上完理論課了,啥時候帶我實踐下唄?”

 

“你先好好消化完今天講的這些,下次再說吧……”

 

“好吧,很期待我們的下一次交流……”

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