近几年,在技术圈掀起了一个非常流行的架构,它让几乎所有技术人为之疯狂,为之着迷,它就是微服务架构。到底何为微服务架构,跟出现很久的分布式架构有何区别?再者,和 SOA、ESB等概念又有什么不同呢?

一些误解

  • 两个团队在某个需求合作时,讨论完成后,结论是,我们采用微服务进行交互吧。

  • 使用了 spring boot / spring cloud 就是微服务架构。

  • 我们团队使用 docker 进行服务部署,就是微服务架构。

一些概念

先来了解一些跟微服务相关的概念。

分布式

何为分布式?简单来说,就是整个应用部署在 n(n>1) 台主机上。

从浏览器诞生,到现在的各种花式终端(台式机、笔记本、智能电视、智能手机、智能手表、智能体重计、智能音箱、智能电饭煲、智能台灯、智能收银台、智能机器人、无人汽车…)的发展过程中,我们经历了什么呢?

  1. 网络世界从 www 开始,有仅仅通过 html 标签堆砌而成的丑到爆的信息页。

  2. 有了 CSS 后,网络出现了各式各样的色彩,图片(虽然那时,网速非常慢,但我们等得起)也可以让我们看到一些更复杂的世界。

  3. 动态页面。离线使用 C/C++、Perl 等生成页面,不需要再一行一行码 html 了。CGI、Servlet 技术的出现让请求页面实时生成。

  4. 数据库。数据库的出现让数据更有条理地存储,更有利于数据的管理及动态页面的生成。

  5. 应用和数据库分离。动态生成响应的应用程序和存储数据的数据库的分离,可以看作是分布式应用的一个孵化期。严格意义来讲,这其实不是大家所理解的分布式应用。

  6. 应用服务器水平复制。随着访问量增加,应用服务器开始复制。如果有登录状态,需要解决 session 共享的问题。

  7. 数据库读写分离。数据库压力变大,开始实施读写分离。

  8. 数据库降压。搜索引擎、缓存、水平/垂直拆分都从一定程度上解决了数据库的压力。

  9. 规模越来越大。公司(团队)需要根据不同业务拆分成不同的团队,以减轻单一团队维护过多功能而应接不暇。

SOA & ESB

SOA(Service Oriented Architecture), 面向服务的架构。

单一系统越来越大,开发团队也越来越大,如果固守单一架构模式将遭受一些困境:

  • 编写代码困难。多个模块很容易就受到影响,动不动就是多人联调修改 BUG。

  • 代码库管理复杂。由于在同一个代码库中同时开发的人员过多,经常的 pull、push、commit等操作,增加冲突的几率,让开发人员需要投入更多的时候去解决冲突。

  • 项目启动慢。因为应用过大,加载的东西很多,一次启动将耗费很长的时间。动辄几分钟,更有甚者,达到十几、二十分钟。这样就会导致开发人员在编写代码时,经常要重启服务,影响开发效率。也会影响线上更新部署效率,增加服务中断时长。

  • 测试困难。一个小小的改动,测试人员需要反复回归测试,才能尽量保证测试的全面性。局部升级后,线上验证范围也比较大,起码也得把系统中的主要功能测试下。那么功能之间的相互影响为何不能在代码设计时规避呢?因为在一个项目工程中,开发人员稍不注意,就会动了别人的代码、或者引用了之前别人开发的另一块代码。

鉴于以上种种的问题,架构师会想到将系统拆分成多个系统。拆分并不是要根据功能做多个完全不想干的系统,如果那样的话,不同的系统都使用了用户管理模块,将会在每个系统中都有一套用户管理模块,带来的问题也是显而易见的。尽量拆分成多个系统后,还能够达到功能复用;也就是说,它拆分后,其实整体给用户的感觉还是一个系统。这时,就提出了 SOA 的架构思想(大概在2000年之前)。SOA 主要提倡的是服务化拆分、拆分后的复用性、标准化服务、有序组合。后来 XML 规范的提出,让 SOA 发展更快,典型的服务技术就是 WebService(SOAP)标准规范。

服务拆分开始后,可能会变得多,也可能各个服务使用的协议有所不同;将各服务组合起来,复杂性就增加了。

此时就需要 ESB 做为整个大系统中连接各个服务的管道,让各服务之间有条不紊地进行连接。

微服务

微服务。重点是一个“”字,也是服务拆分。

何时提出的?

微服务的提出有很多个版本:

  • 最易懂的版本。2014年3月,Martin Fowler(马丁·福勒)的一篇文章。英文版中文版

    微服务架构是一种架构模式,它提倡将单一应用程序划分成一组小的服务,服务之间互相协调、互相配合,为用户提供最终价值。每个服务运行在其独立的进程中,服务与服务间采用轻量级的通信机制互相协作(通常是基于HTTP协议的RESTful API)。每个服务都围绕着具体业务进行构建,并且能够被独立的部署到生产环境、类生产环境等。

  • 最早期的版本。2012年3月,Fred George做了一个分享:

    在演讲中,他描述了从2005~2009年期间,他和所在的团队是如何将100万行的传统J2EE程序,通过解耦、自动化验证等实践,逐渐分解成20多个5K行代码的小服务,又分解成200多个500行代码的服务的过程,而其中,也大谈了基于Kafka的消息解耦服务间依赖。

  • 最简洁的版本。2014年11月提出。

    Loosely coupled service oriented architecture with bounded contexts.
    重点在于 松耦合(独立部署更新)和 业务独立(不需要知道它的依赖者)。

  • 最与时俱进的版本。2015年10月提出。

    Microservices are the first post DevOps revolution architecture.
    意思就是 微服务要和 DevOps 紧密结合起来,才能发挥最大的效用。

和 SOA 有何区别

微服务和 SOA 相似。那么它们又有什么区别呢?

  • SOA 重点在于服务化,然后服务复用、组合。
  • 微服务 注重拆分,彻底拆分服务。讲究服务的灵活性、去中心化。可以说微服务是 SOA 的升华版。

系统改造实践

下面谈谈自己团队维护的系统,都尝试经历了哪些改造。

(1)单体应用(All In One)

刚开始接触项目时,项目工程为一个单一体,所有的业务功能及采用的技术都集合在一个工程中,已然变成了一个庞然大物。项目中主要包括以下部分:

  • UI(freeemarker模板)。前端展示页面的生成使用后端模板语言 freeemarker 来生成,如此一来,写完静态页面后,还是需要把静态页面编写加入动态模板语言,转化成模板后才能置于工程中使用。缺点: 前端和后端都在一个项目中进行开发的话,不是十分方便,可能会对同一个文件进行修改。

  • 静态文件(js|css|img)。UI模板上引用的静态文件。

  • API服务(Ajax|对外提供服务)。此部分分为两部分:一部分为本项目前端通过 Ajax 方式调用数据(需要登录会话认证);另一部分为直接对用户提供 API 服务(单独认证)。缺点: (1)因为认证的原因,相同功能服务 endpoint(contoller)需要写两次。(2)部署时需要依赖 nginx 等工具进行路由拆分。

  • 全模块服务。所有的业务功能全部在一个单一体中进行开发。缺点: 所有业务代码相互耦合,难解难分,排查问题难,不易重构。

  • 定时任务。一些定时作业任务。缺点: (1)因为有定时任务,所以需要单独部署一个进程服务来运行定时任务,以免所有扩展实例均执行任务的话,造成冲突混乱。(2)因为所有运行的实例配置不相同,代码不易管理。

(2)前后端分离

随着团队规模的扩大,并对前端 UI 要求变高,专门成立了前端组来进行 UI 开发。这时候,前端开发人员和后端开发人员就有很大的冲突:

  • 不能一次成型。前端人员写完页面后,不能直接置于项目中使用,需要后端开发人员转成模板后才能使用。

  • 问题修改麻烦。后端人员转化成模板上线后,如果有前端布局或 js 有问题,需要前端人员在本地测试完静态文件后,把代码片段发给后端人员测试,如果不可以,需要来回反复,影响开发效率。

所以就想到 前后端分离 方案:

  • 拆分APP。将原先的 APP 拆分成 UI控制层 和 API服务层。UI控制还是一个后端语言框架项目(团队使用的是java,也可以是php、python等),为何不是直接静态文件项目呢?因为此处涉及到权限认证等后端功能,前端无法实现。但此项目的后端功能也仅限于权限控制,核心功能主要还是如何简化前端开发。

  • UI控制层。UI控制层的主要功能有:

    • 路由控制。对外服务的域名下主要有三类请求:第一种是html页面类,使用模板语言实现,如:请求地址为 /demo,工程中就会有一个同名的模板文件 /demo.ftl,UI控制层负责将请求地址与模板关联上。第二种是静态文件(js|css|img),UI控制层会直接将静态文件的请求地址映射到工程中相应的文件。第三种为 ajax数据接口,UI控制层将此类请求转发至后端分离的 API服务层。
    • 权限认证。针对需要权限校验的服务系统,UI控制层还要做页面和API的权限校验。
  • API服务层。此层主要是后端真正的业务层。

到此,前后端分离的方案就可以让前端人员和后端人员分别进行开发了,稍微麻烦点就是,前端人员需要在开发机上安装后端的开发环境,不需要改后端代码,仅需要启动起服务即可(用于模板解析),前端人员虽然需要接触模板,但是不需要会写模板语言的语法,具体的业务请求都还是要通过 ajax 进行获取。

(3)微服务

在上面的(2)中,采用的前后端分离方案并不是特别彻底,前端人员虽然开发时,大部分是做的前端的事情(html、js、css),但是还有两点有后端的影子,第一点:写 html 得使用模板要求的名称,如使用 java 的 freeemarker,就得命名为 page.ftl;第二点:在电脑上开发前端代码时,需要启动一个后端服务器(如tomcat)。那么接下来,采用微服务架构的思想来继续改良架构:

微服务架构的思想就是微拆分。如下图,将系统拆分成多个微服务,在蓝色圆虚线上的微服务是对外进行服务的:UI代理(页面服务的入口)、OpenAPI(所有的数据接口服务)、UI(所有静态文件html/js/css/img服务),在圆虚线以内的服务为内部服务:Sn(各业务功能服务)、Config(所有业务服务的配置管理)、服务协调(服务目录管理服务)、Shedule(分布式定时任务服务)。

详细介绍各类微服务:

  • UI。团队主要采用 SPA(React/VUE) 开发框架来构建(最好采用 SPA,若采用传统的分页面开发在此架构下就不是特别方便);这样就保证前端开发的工程全部都是前端开发人员熟悉的 html、js、css。但是若直接访问此服务,将会请求不到任何动态后端数据

  • OpenAPI。全部接口服务的统一出口,也就是微服务架构中的网关。此接口服务一方面用于对用户开放 API 服务;另一方面对 Web 页面服务(UI)提供数据服务。主要有路由、限流、鉴权、转换接口等。此服务一般不会编写真正的业务功能,它用于代理内部的各微服务(路由),用户的请求经过鉴权等过滤处理后,转发至后端的业务功能微服务;路由示例:请求地址 http://openapi.com/s1/endpoint,经过 OpenAPI 路由将会将服务转发至后端 s1 服务的地址 http://s1.ip/endpoint

  • UI代理。此处的 UI代理 和(2)方案前后端分离中的 UI控制层 类似;区别在于 UI控制层 中的前端静态文件是和它在一个工程中,而 UI代理 只是代理前端页面入口文件,通过网络请求响应真正的 html 内容。

    • 如何使用? UI代理真正做到了前后端的分离,且 UI代理 可以配置多系统共用(类似 nginx )。开发一个系统,需要做以下几步:
      1. 根据需求开发微服务,将服务接口配置到 OpenAPI。
      2. 根据需求开发 UI,部署后,提供一个入口页面的地址。
      3. 申请域名(或直接使用 UI代理 的域名,不过要根据目录区分不同的服务),使用 nginx 或 DNS 配置指向 UI代理。
      4. 在 UI 代理中配置路由,域名 与 UI 的映射关系。
    • 请求过程。此处,假设 UI 采用的是 SPA 开发框架开发。
      1. 用户在浏览器中输入 URL 地址:https://demo.com/page1。请求至 UI代理,UI代理会根据配置,将请求转发至 UI ,然后将内容响应给浏览器。
      2. 浏览器获取到页面响应内容后,开始渲染,解析页面上的图片、JS、CSS等静态文件,向 UI 直接发送请求,获取静态内容进行渲染。
      3. JS 会异步向 UI代理 请求数据,UI代理经过权限认证后,将请求转发给 OpenAPI,获取数据响应至浏览器。
  • 服务协调。负责微服务之间相互调用的服务目录管理。类似于 DNS 解析,它负责维护服务名称与服务实例之间的关系。服务启动后,会自动将当前实例注册到服务协调器上。服务协调器也会定时去探测实例的可用性。客户端要请求某个服务,只需要知道名称即可。比如请求服务 a ,就会去服务协调器上去查看 a 对应有哪些实例,再从中挑选最优的实例进行服务调用。

  • Config。微服务的配置中心,配置服务将会对接 git,各服务将以某些规则将配置放在 git 上,这样就方便对多个微服务进行配置更新。

  • Schedule。分布式定时调度中心。以前的应用如果进行水平扩展的话,定时任务就有可能重复执行导致冲突,或者负载不均,就需要一个分布式的调度中心来协调定时任务,自动去重,自动负载,失败重试等机制。

  • S(n)。业务微服务。根据功能拆分的微服务,相互之间尽量减少耦合。在服务协调器的协调下,相互调用。

微服务不是银弹

写完了微服务架构下的一些架构方案,还是要强调一点就是:微服务不是银弹,还是要根据团队和业务情况进行合理的拆分。不要寄希望于微服务把你现在遇到的所有总是都解决了。