微服務架構及相應云平臺解析

劉為

摘 要 本文介紹了主要軟件服務的設計架構，分析了新興的微服務架構，并對其實現的先決條件——容器化技術進行了研究。文章還分析了兩種微服務架構在云服務中的實現形式。

關鍵詞 服務架構 微服務 容器 CaaS BaaS

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.013

1網絡服務架構

現在社會的各行各業(yè)均無法離開網絡服務系統，例如學校有學生管理系統、教務系統等；企業(yè)有人事系統、財務系統、客戶關系管理系統等；手機上運行的各種APP以及游戲，都要與后臺服務器相連接，接受后臺系統的服務。

軟件系統的服務主要是為軟件的功能提供支持，以及為其它的服務提供接口。隨著網絡的普及，軟件的服務與軟件本身往往是分離的，服務由網絡上的服務器提供（后臺），而軟件運行在本地或瀏覽器上（前端），后臺服務是軟件開發(fā)中最關鍵的部分。

1.1單體服務架構

上世紀90年代以前的軟件服務多為單體架構，所有的功能采用集成化、過程化的開發(fā)，之后被編譯為一個文件并放置于容器中運行，這種架構易于開發(fā)、部署和測試，但其主要問題包括：（1）代碼集成在一起，幾乎無法協同開發(fā)。（2）代碼功能高度耦合，后期維護、功能擴展困難。后期系統業(yè)務變更或服務整合會導致整個系統需要重構，大幅提高IT實施的成本。（3）小修改就可能導致重構整個項目，迭代時間大幅提升。（4）穩(wěn)定性差，由于系統高度集中在一起，任何一個小的問題可能導致整個系統癱瘓。

1.2 SOA架構

隨著軟件的模塊化概念開始流行，一種被稱為面向服務的架構（SOA，Service Oriented Architecture）在2000年后被軟件企業(yè)廣泛應用。SOA架構基于服務（即基于模塊化的組件），服務提供接口，服務間可通過XML進行信息交換。SOA基本架構包含ESB（Enterprise Service Bus），Web服務、XML和SOAP。SOA的最大特征就是松耦合，結合分層次的開發(fā)理念，解決了協同開發(fā)、測試等問題，也更易于后期擴充功能。但SOA本身只是一個架構，并非實施標準，所以在生產環(huán)境中應用SOA存在一些問題：

（1）需要共享ESB，松耦合服務實際邊界非常模糊，修改某一模塊會導致需要修改其它模塊，從而導致代碼維護困難，系統迭代速度大幅降低。（2）系統后期擴充將導致系統臃腫、性能下降；某些功能擴充甚至需要部分重構ESB及其它服務。（3）系統開發(fā)長期被一種開發(fā)技術綁定，開發(fā)人員、技術、架構變更的靈活度大幅下降。

2微服務架構

微服務架構并非一個全新概念，它更像是SOA架構的一種實現。微服務架構依然是面向服務，但是其將松耦合做到了極致。該架構是去中性化的，其中沒有ESB，每一個服務可以單獨開發(fā)、測試、運行和部署，甚至能夠有自己的數據庫。服務間的通信與開發(fā)語言無關，一般采用基于HTTPs 的RESTful API（Representational State Transfer API）。微服務的出現順應了敏捷開發(fā)的浪潮，先開發(fā)先上線，后開發(fā)再擴充，能對系統進行快速迭代。微服務架構有以下特點：

（1）服務?。好恳粋€服務代碼量少、復雜度低，僅專注某一項功能。（2）能夠獨立運行：每個服務可以運行在獨立的進程中。（3）與語言無關的通信機制：例如XML、JOSN、REST API等。（4）松耦合：開發(fā)、部署和運行均處于獨立狀態(tài)，幾乎無外部依賴。（5）去中心化：沒有ESB，可完全分布式部署。（6）數據獨立：微服務可以有自己的數據庫，其它服務只能通過接口獲得該服務的數據。

2.1 微服務架構的優(yōu)勢

根據微服務以上的特性，實施過程中有如下優(yōu)勢：

（1）依照服務來劃分開發(fā)團隊：每一個服務對應一個完整團隊（包含后臺、前端、數據庫、中間件等），從開發(fā)、測試、上線及后期維護均由該團隊負責，一個跨職能的團隊能夠完全掌控自己的微服務。

（2）服務的異構性：能夠針對不同業(yè)務選擇合適的開發(fā)方案、開發(fā)語言、框架及部署環(huán)境，無須像單體或是SOA架構一樣，選擇統一的技術方案。在傳統架構中，初期技術方案一旦選定，很長時間內，整個系統就會在所選技術框架內進行開發(fā)，到了后期想要嘗試新的技術，則有很大可能要重構系統，不但開發(fā)難度大，而且項目越大，失敗風險越高。而微服務架構采用的是獨立的擴展方式，不但無須重構原系統，還可以極小風險測試新的服務，一旦新服務達不到預期，則可直接終止，這也僅僅是停止使用一個服務而已，對整個系統影響極小。

（3）獨立測試、部署及容錯能力：可以對微服務進行單獨的測試和部署，無須對整個系統進行測試、編譯和從新部署，降低了系統運行風險。當一個微服務出現運行故障時，不會影響系統中其它的服務，避免了系統全面停擺。

（4）強擴展性和可控的系統復雜度：每個微服務通過定義良好的接口實現服務間邊界，專注于某一種功能，從而能夠根據系統需求，實現細粒度的自由擴展。同時，由于單個微服務復雜度低，即使出現多個服務堆疊的情況，也能夠較容易掌控整個系統的復雜度。

2.2 微服務架構的不足

（1）部署較以往架構更加復雜：系統由眾多微服務搭建，每個微服務需要單獨部署，從而增加部署的復雜度，容器技術能夠解決這一問題。

（2）性能問題：由于微服務注重獨立性，互相通信時只能通過標準接口，可能產生延遲或調用出錯。例如一個服務需要訪問另一個服務的數據，只能通過服務間接口來進行數據傳輸，如果是頻繁訪問，則可能帶來較大的延遲。

（3）數據一致性問題：作為分布式部署的微服務，在保持數據一致性方面需要比傳統架構更加困難。

3微服務的云平臺

由于云平臺的廣泛使用，很多網絡服務的后臺會部署在云端。基于PaaS（Platform as a Service）的云平臺非常適合微服務后臺的構建，容器技術則是云端微服務的基礎。

3.1 容器技術

微服務系統采用類似于搭積木的構建方式，開發(fā)一個服務就可上線一個服務，這就意味著每次部署新的服務，不能影響其它已存在的系統。更重要的是，同一個系統的微服務可能采用了不同的開發(fā)技術、數據庫等，與原來存在的服務所使用的技術完全不兼容，如果需要加入新的服務，還需要為其搭建不同運行環(huán)境。為了解決這些問題，容器技術成為了最好的選擇。容器的廣泛應用并非因為微服務架構，但其卻成為了微服務架構實踐的先決條件。

容器是Linux系統下用以實現在單一主機提供多個隔離的Linux系統環(huán)境的虛擬化技術。與虛擬機不同，容器無須運行虛擬操作系統，而是共享本地主機的操作系統來實現虛擬環(huán)境。容器技術最先在2013年由Docker公司應用于自家的PaaS云服務平臺，并迅速被廣大開發(fā)者所認可，越來越多的開發(fā)者開始將網絡服務部署在容器中。對于容器技術而言，現在處在起步上升階段，還面臨著一些問題，例如容器系統的容錯性：當宿主機出現故障，如何能讓容器在其它機器上迅速運行起來；以及容器的擴容性：一個宿主機能夠容納的容器是有限，如何進行后期分布式擴容等，這一切集中在于系統需要一個好的容器編排工具管理容器。

3.2 CaaS

CaaS（Container as a Service）云服務是一種完全基于容器的PaaS系統。平臺內有容器鏡像池，包含了各種各樣的鏡像，鏡像實際是封裝好的包含各種軟件所組成的運行環(huán)境。鏡像可以由平臺提供，也可以由個人發(fā)布共享，平臺用戶也可以自己創(chuàng)建鏡像，并且不用擔心平臺無法運行鏡像。

CaaS云服務特別適合微服務的部署，因為每一個微服務可以單獨部署在一個容器中，整個系統由容器搭建而成，包含不同技術架構的容器之間嚴格隔離。當開發(fā)者部署某一服務時，只需選擇（或自己搭建）鏡像，并將服務部署在其中，即可讓其在云臺上運行。

3.3 BaaS

BaaS（Backend as a Service）是一種能夠直接提供微服務的云平臺，其實際是SaaS（Software as a Service）架構，一般服務對象是移動應用開發(fā)者。平臺內提供了移動應用常見的后臺服務，包含存儲、即時通訊、數據統計和分析、消息推送、應用內搜索、用戶反饋、第三方登陸、分享等移動應用中通用的功能。移動開發(fā)者在選用平臺功能后，能夠大幅降低開發(fā)難度和時間。BaaS平臺實際也是基于微服務，因為其功能可以在后期不斷擴充。

4結語

微服務是近3年出現的新技術，就現在的關注度而言，極有可能成為未來構建系統服務的主流架構；相應的，容器技術有可能取代虛擬機，成為服務器上最重要的虛擬化技術。

基金項目：1、武漢市教育局教學研究項目《基于移動設備的游戲設計課程體系研究》（編號2015090）

2、本研究獲得武漢市屬高校數字城市專業(yè)重點實訓基地資助

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