一篇故事告訴你什麼是微服務架構!

weixin_33895657發表於2019-01-17

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:

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、可擴充套件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,從而為使用者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,層與層之間互相連線、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 等高階語言的發展,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,隨著物件導向設計、企業架構模式等理念的不斷髮展,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。

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三層架構的具體內容如下:

1、表示層: 使用者使用應用程式時,看到的、聽見的、輸入的或者互動的部分。

2、業務邏輯層: 根據使用者輸入的資訊,進行邏輯計算或者業務處理的部分。

3、資料訪問層: 關注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,對不同層的程式碼而言,經過編譯、打包和部署後,所有的程式碼最終還是執行在同一個程式中。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:**

1、易於開發: 開發方式簡單,IDE 支援好,方便執行和除錯。

2、易於測試: 所有功能執行在一個程式中,一旦程式啟動,便可以進行系統測試。

3、易於部署: 只需要將打好的一個軟體包釋出到[伺服器](https://www.baidu.com/s?wd=%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd)即可。

4、易於水平伸縮: 只需要建立一個伺服器節點,配置好執行時環境,再將軟體包釋出到新伺服器節點即可執行程式(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:

1、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、定位和修復的成本增加;並且在對全域性功能缺乏深度理解的情況下,容易在修復 bug 時引入新的 bug。

2、持續交付週期長: 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。

3、新人培養週期長: 新成員瞭解背景、熟悉業務和配置環境的時間越來越長。

4、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。

5、可擴充套件性差: 隨著功能的增加,垂直擴充套件的成本將會越來越大;而對於水平擴充套件而言,因為所有程式碼都執行在同一個程式,沒辦法做到針對應用程式的部分功能做獨立的擴充套件。

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

老王先從網上搜尋“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模式,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,為使用者提供最終價值。每個服務執行在其獨立的程式中,服務於服務間採用輕量級的通訊機制互相溝通(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,應根據業務上下文,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,雲裡霧裡的感覺……”

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. 輕量級通訊

服務之間通過輕量級的通訊機制實現互通互聯,而所謂的輕量級,通常指語言無關、平臺無關的互動方式。

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對於輕量級通訊的格式而言,我們熟悉的 XML 和 JSON,它們是語言無關、平臺無關的;對於通訊的協議而言,通常基於 HTTP,能讓服務間的通訊變得標準化、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訊機制之一。使用輕量級通訊機制,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程式碼庫,功能的開發不具有獨立性;當不同小組完成多個功能後,需要經過整合和迴歸測試,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。

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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。

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4. 程式隔離

單塊架構中,整個系統執行在同一個程式中,當應用進行部署時,必須停掉當前正在執行的應用,部署完成後再重啟程式,無法做到獨立部署。

有時候我們會將重複的程式碼抽取出來封裝成元件,在單塊架構中,元件通常的形態叫做共享庫(如 jar 包或者 DLL),但是當程式執行時,所有元件最終也會被載入到同一程式中執行。

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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實體,可以執行在獨立的程式中,不同的服務能非常容易地部署到不同的主機上。

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理論上所有服務可以部署在同一個伺服器節點,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:

| SOA實現 | 微服務架構實現 |
| 企業級,自頂向下開展實施 | 團隊級,自底向上開展實施 |
| 服務由多個子系統組成,粒度大 | 一個系統被拆分成多個服務,粒度細 |
| 企業服務匯流排,集中式的服務架構 | 無集中式匯流排,鬆散的服務架構 |
| 整合方式複雜(ESB/WS/SOAP) | 整合方式簡單(HTTP/REST/JSON) |
| 單塊架構系統,相互依賴,部署複雜 | 服務能獨立部署 |

接著老王又畫了一張圖:

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成小胖看了之後說:“您這麼一畫我倒是大概明白了,但是圖裡面的 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. 服務作為元件

微服務也可以被認為是一種元件,但是跟傳統元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,它在元件與元件之間定義了清晰的、語言無關、平臺無關的規範介面,耦合度低,靈活性非常高。但它的不足之處是,分散式呼叫嚴重依賴於網路的可靠性和穩定性。

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. 關注產品而非專案

在單塊架構中,應用基本上是基於“專案模式”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。

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

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4. 技術多樣性

微服務架構中,提倡針對不同的業務特徵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

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介面整合,而不是以資料庫的方式同其他服務整合。另外,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。

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6. 基礎設施自動化

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. 分散式系統的複雜性

微服務架構是基於分散式的系統,而構建分散式系統必然會帶來額外的開銷。

1、效能: 分散式系統是跨程式、跨網路的呼叫,受網路延遲和頻寬的影響。

2、可靠性: 由於高度依賴於網路狀況,任何一次的遠端呼叫都有可能失敗,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、降低因網路引起的故障率,是系統構建的一大挑戰。

3、非同步: 非同步通訊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。

4、資料一致性: 要保證分散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,交付週期短且頻率高,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週期的責任,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,通常使用整合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,服務主要通過介面進行互動,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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