微服務(wù)架構(gòu)綜述

陳龍 劉勇

摘 要：一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，IT技術(shù)日新月異變化，傳統(tǒng)的單塊架構(gòu)應(yīng)用面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，已無法適應(yīng)快速迭代更新，其改造與重構(gòu)勢(shì)在必行。另一方面，隨著敏捷開發(fā)、持續(xù)集成交付、DevOps、云計(jì)算、虛擬技術(shù)docker化等的深入人心，微服務(wù)的誕生勢(shì)在必行。微服務(wù)架構(gòu)是一項(xiàng)在云中部署應(yīng)用和服務(wù)的新架構(gòu)模式，它提倡將單一應(yīng)用程序劃分成一組小的服務(wù)，服務(wù)之間互相協(xié)調(diào)、互相配合，滿足用戶需求，實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性、易伸縮性及高可用性。首先介紹了微服務(wù)架構(gòu)的定義及工作原理；然后與傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，并分析兩者優(yōu)缺點(diǎn)；接著介紹了微服務(wù)架構(gòu)現(xiàn)有的應(yīng)用框架；最后提出了微服務(wù)架構(gòu)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：微服務(wù)；架構(gòu)；SOA；SpringCloud；Dubbo

1引言

隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大，單塊架構(gòu)應(yīng)用面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，其改造與重構(gòu)勢(shì)在必行。而微服務(wù)架構(gòu)的誕生，是互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，虛擬化技術(shù)應(yīng)用以及持續(xù)交付、DevOps深入人心的綜合產(chǎn)物。隨著用戶需求個(gè)性化、產(chǎn)品生命周期變短，微服務(wù)架構(gòu)是未來軟件軟件架構(gòu)朝著靈活性、擴(kuò)展性、伸縮性以及高可用性發(fā)展的必然方向。同時(shí)，以Docker為代表的容器虛擬化技術(shù)的盛行，將大大降低微服務(wù)實(shí)施的成本，為微服務(wù)落地以及大規(guī)模使用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。

2微服務(wù)架構(gòu)的定義及原理

ThoughtWorks的首席科學(xué)家，馬丁 -福勒先生對(duì)微服務(wù)的這段描述，似乎更加具體、貼切，通俗易懂：微服務(wù)架構(gòu)是一種架構(gòu)模式，它提倡將單一應(yīng)用程序劃分成一組小的服務(wù)，服務(wù)之間互相協(xié)調(diào)、互相配合，為用戶提供最終價(jià)值。每個(gè)服務(wù)運(yùn)行在其獨(dú)立的進(jìn)程中，服務(wù)與服務(wù)間采用輕量級(jí)的通信機(jī)制互相溝通（通常是基于HTTP協(xié)議的RESTful API）。每個(gè)服務(wù)都圍繞著具體業(yè)務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，并且能夠被獨(dú)立的部署到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境等。另外，應(yīng)當(dāng)盡量避免統(tǒng)一的、集中式的服務(wù)管理機(jī)制，對(duì)具體的一個(gè)服務(wù)而言，應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)上下文，選擇合適的語言、工具對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建。

3 微服務(wù)與傳統(tǒng)架構(gòu)的區(qū)別

3.1單塊架構(gòu)

傳統(tǒng)的單塊架構(gòu)是以技術(shù)分層，譬如表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層。單塊架構(gòu)雖然邏輯上分為3層，但是它依舊是功能集中、代碼和數(shù)據(jù)中心化的一個(gè)發(fā)布包，運(yùn)行在同一個(gè)機(jī)器的同一個(gè)進(jìn)程中。當(dāng)業(yè)務(wù)量較小時(shí)，它擁有易開發(fā)、易測(cè)試、易部署、易水平伸縮等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

但隨著業(yè)務(wù)量擴(kuò)大化、用戶需求個(gè)性化、產(chǎn)品生命周期變短、市場(chǎng)需求不穩(wěn)定等因素的出現(xiàn)，單塊架構(gòu)系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。

主要提現(xiàn)在以下六點(diǎn)：1）維護(hù)成本增加；2）持續(xù)交付周期長(zhǎng)；3）新人培養(yǎng)周期長(zhǎng)；4）技術(shù)選型成本高；5）可伸縮性差；6）構(gòu)建全功能團(tuán)隊(duì)難。

3.2 SOA架構(gòu)與微服務(wù)

SOA（Service-Oriented Architecture），是一種粗粒度、松耦合服務(wù)架構(gòu)，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。劉穎說“SOA 即面向服務(wù)的架構(gòu)，大多數(shù)企業(yè)采用 SOA 來降低項(xiàng)目業(yè)務(wù)之間的耦合程度， 將龐大的項(xiàng)目拆分成多個(gè)獨(dú)立的微小服務(wù)， 服務(wù)之間根據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范通過 API 接口的形式進(jìn)行通信，這樣不僅可以使項(xiàng)目解耦，同時(shí)簡(jiǎn)化了復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要從不同的入口進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)調(diào)度的靈活性，但是與此同時(shí)也會(huì)引入一些新的問題，由于各個(gè)服務(wù)之間需要約定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，才能保證正常的使用，這樣限制了業(yè)務(wù)多元化發(fā)展，SOA 相當(dāng)于向外部提供了定制化的服務(wù)。 而且在項(xiàng)目部署的時(shí)候習(xí)慣將基礎(chǔ)服務(wù)生成 jar包，供其他業(yè)務(wù)服務(wù)調(diào)用的時(shí)候添加依賴，這其實(shí)在項(xiàng)目部署的時(shí)候并沒有將整體項(xiàng)目進(jìn)行徹底的拆分， 服務(wù)與服務(wù)之間依然存在依賴關(guān)系，為了能夠更好的解決上述問題，微服務(wù)架構(gòu)便應(yīng)運(yùn)而生了”。

仔細(xì)分析SOA架構(gòu)與服務(wù)器架構(gòu)的概念，二者的基本思想幾乎一致，但是從具體的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，二者大相徑庭。

相比傳統(tǒng)SOA的服務(wù)實(shí)現(xiàn)方式，微服務(wù)更具有靈活性、可實(shí)施性以及可擴(kuò)展性，其強(qiáng)調(diào)的是一種獨(dú)立測(cè)試、獨(dú)立部署、獨(dú)立運(yùn)行的軟件架構(gòu)模式。

4. 微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不足

4.1 微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下五個(gè)方面：

（1）復(fù)雜度可控：在將應(yīng)用分解的同時(shí)，規(guī)避了原本復(fù)雜度無止境的積累。每一個(gè)微服務(wù)專注于單一功能，并通過定義良好的接口清晰表述服務(wù)邊界。由于體積小、復(fù)雜度低，每個(gè)微服務(wù)可由一個(gè)小規(guī)模開發(fā)團(tuán)隊(duì)完全掌控，易于保持高可維護(hù)性和開發(fā)效率。

（2）獨(dú)立部署：由于微服務(wù)具備獨(dú)立的運(yùn)行進(jìn)程，所以每個(gè)微服務(wù)也可以獨(dú)立部署。當(dāng)某個(gè)微服務(wù)發(fā)生變更時(shí)無需編譯、部署整個(gè)應(yīng)用。由微服務(wù)組成的應(yīng)用相當(dāng)于具備一系列可并行的發(fā)布流程，使得發(fā)布更加高效，同時(shí)降低對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所造成的風(fēng)險(xiǎn)，最終縮短應(yīng)用交付周期。

（3）技術(shù)選型靈活：微服務(wù)架構(gòu)下，技術(shù)選型是去中心化的。每個(gè)團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)自身服務(wù)的需求和行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，自由選擇最適合的技術(shù)棧。由于每個(gè)微服務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)需要對(duì)技術(shù)棧進(jìn)行升級(jí)時(shí)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)較低，甚至完全重構(gòu)一個(gè)微服務(wù)也是可行的。

（4）容錯(cuò)：當(dāng)某一組建發(fā)生故障時(shí)，在單一進(jìn)程的傳統(tǒng)架構(gòu)下，故障很有可能在進(jìn)程內(nèi)擴(kuò)散，形成應(yīng)用全局性的不可用。在微服務(wù)架構(gòu)下，故障會(huì)被隔離在單個(gè)服務(wù)中。若設(shè)計(jì)良好，其他服務(wù)可通過重試、平穩(wěn)退化等機(jī)制實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的容錯(cuò)。

（5）擴(kuò)展：?jiǎn)螇K架構(gòu)應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展，就是將整個(gè)應(yīng)用完整的復(fù)制到不同的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用的不同組件在擴(kuò)展需求上存在差異時(shí)，微服務(wù)架構(gòu)便體現(xiàn)出其靈活性，因?yàn)槊總€(gè)服務(wù)可以根據(jù)實(shí)際需求獨(dú)立進(jìn)行擴(kuò)展。

4.2 微服務(wù)架構(gòu)的不足

微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下六個(gè)方面：

（1）運(yùn)營(yíng)開銷。更多的服務(wù)也就意味著更多的運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)需要保證所有的相關(guān)服務(wù)都有完善的監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施，傳統(tǒng)的架構(gòu)開發(fā)者只需要保證一個(gè)應(yīng)用正常運(yùn)行，而現(xiàn)在卻需要保證幾十甚至上百道工序高效運(yùn)轉(zhuǎn)，這是一個(gè)艱巨的任務(wù)。

（2）DevOps要求。使用微服務(wù)架構(gòu)后，開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要保證一個(gè)Tomcat集群可用，保證一個(gè)數(shù)據(jù)庫可用，這就意味著團(tuán)隊(duì)需要高品質(zhì)的DevOps和自動(dòng)化技術(shù)。而現(xiàn)在，這樣的全棧式人才很少。

（3）隱式接口。服務(wù)和服務(wù)之間通過接口來“聯(lián)系”，當(dāng)某一個(gè)服務(wù)更改接口格式時(shí)，可能涉及到此接口的所有服務(wù)都需要做調(diào)整。

（4）重復(fù)勞動(dòng)。在很多的服務(wù)中可能都會(huì)使用到同一個(gè)功能，而這一功能點(diǎn)沒有足夠大到提供一個(gè)服務(wù)的程度，這個(gè)時(shí)候可能不同的服務(wù)團(tuán)隊(duì)都會(huì)單獨(dú)開發(fā)這一功能，重復(fù)的業(yè)務(wù)邏輯，這違背了良好的軟件工程中的很多原則。

（5）分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性。微服務(wù)通過REST API或消息來將不同的服務(wù)聯(lián)系起來，這在之前可能只是一個(gè)簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程過程調(diào)用。分布式系統(tǒng)也就意味著開發(fā)者需要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲、容錯(cuò)、消息序列化、不可靠的網(wǎng)絡(luò)、異步、版本控制、負(fù)載等，而面對(duì)如此多的微服務(wù)都需要分布式時(shí)，整個(gè)產(chǎn)品需要有一整套完整的機(jī)制來保證各個(gè)服務(wù)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（6）事務(wù)、異步、測(cè)試面臨挑戰(zhàn)?？邕M(jìn)程之間的事務(wù)、大量的異步處理、多個(gè)微服務(wù)之間的整體測(cè)試都需要有一整套的解決方案，而現(xiàn)在看起來，這些技術(shù)并沒有成熟。

5. 微服務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀（SpringCloud dubbo 以及網(wǎng)易云整合，優(yōu)缺點(diǎn)）

目前應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)的框架主要有兩種，一種是dubbo，另一種是spring cloud。本文從四個(gè)方面對(duì)兩者進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。第一，背景方面來看，Dubbo是阿里巴巴服務(wù)化治理的核心框架，并被廣泛應(yīng)用于阿里巴巴集團(tuán)的各成員站點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)十分流行。spring-colud是一種云端分布式架構(gòu)解決方案，利用Spring Boot的開發(fā)便利性巧妙地簡(jiǎn)化了分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，在國(guó)外影響較大；第二，從社區(qū)活躍度的角度來看，在Github上，截止今日（2018年10月9月），Dubbo的最近一次更新在一月之前，更新頻率不高且中途存在長(zhǎng)時(shí)間不更新的情況，而SpringCloud的最近一次更新是在5分鐘之前，活躍度十分高；第三，架構(gòu)完整度，根據(jù)微服務(wù)架構(gòu)在各方面的要素，看看Spring Cloud和Dubbo都提供了哪些支持。

從上圖可看出，Dubbo只實(shí)現(xiàn)了微服務(wù)整體架構(gòu)中的部分組件，需要與其他組件組合才能形成完整的微服務(wù)架構(gòu)，比如其中的分布式配置可以配合淘寶的diamond、百度的disconf來實(shí)現(xiàn)，服務(wù)跟蹤可以使用京東開源的Hydra，批量任務(wù)可以使用當(dāng)當(dāng)開源的Elastic-Job等等，因此，可將Dubbo看作一個(gè)類似Netflix的子集。從文檔質(zhì)量的角度來看，Dubbo的文檔 可以說在國(guó)內(nèi)開源框架中算是一流的，非常全，并且講解的也非常深入，由于版本已經(jīng)穩(wěn)定不再更新，所以也不太會(huì)出現(xiàn)不一致的情況，另外提供了中文與英文兩種版本，對(duì)于國(guó)內(nèi)開發(fā)者來說，閱讀起來更加容易上手，這也是dubbo在國(guó)內(nèi)更火一些的原因吧。Spring Cloud由于整合了大量組件，文檔在體量上自然要比dubbo多很多，文檔內(nèi)容上還算簡(jiǎn)潔清楚，但是更多的是偏向整合，更深入的使用方法還是需要查看其整合組件的詳細(xì)文檔。與此同時(shí)，網(wǎng)易云推出了輕舟微服務(wù)，即圍繞應(yīng)用和微服務(wù)打造的一站式 PaaS 平臺(tái)，幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)易接入、易運(yùn)維的微服務(wù)解決方案。它的優(yōu)勢(shì)主要集中于以下四點(diǎn)。第一，基于開源、兼容開源。全面兼容SpringCloud和dubbo框架，支持已有的服務(wù)框架平滑遷移；第二，支持大規(guī)模業(yè)務(wù)的生產(chǎn)環(huán)境驗(yàn)證；第三，低成本、易接入。支持代碼零改動(dòng)支持微服務(wù)框架，支持應(yīng)用擴(kuò)撲可視化，支持平臺(tái)統(tǒng)一的平臺(tái)認(rèn)證和權(quán)限管控；第四，智能運(yùn)維和立體化監(jiān)控。支持實(shí)時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)掌控服務(wù)健康狀況。提供服務(wù)拓?fù)洌{(diào)用鏈跟蹤可視化呈現(xiàn)。采用多維度關(guān)聯(lián)分析，預(yù)防系統(tǒng)級(jí)故障。由此可見，網(wǎng)易云方便了中小企業(yè)更快捷的接入微服務(wù)框架，降低了中小企業(yè)的技術(shù)成本，同時(shí)使微服務(wù)的應(yīng)用更加廣泛。

結(jié)束語

綜上所述，微服務(wù)架構(gòu)正在逐步走向完善與成熟。它解決了單塊架構(gòu)的痛點(diǎn)，相對(duì)SOA架構(gòu)，微服務(wù)真正實(shí)現(xiàn)了單個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部真正的組件化和服務(wù)化，可獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)、管理和加速，使得部署、管理和交付變得更加簡(jiǎn)單，充分體現(xiàn)了它的靈活性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，不論是國(guó)內(nèi)的dubbo框架還是國(guó)外的SpringCloud，亦或是網(wǎng)易云整合的輕舟微服務(wù)平臺(tái)，都具有非常高的可行性，隨著它們不斷的發(fā)展與完善，我們堅(jiān)信微服務(wù)架構(gòu)將在未來的架構(gòu)之路上扮演者重要角色。

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作者簡(jiǎn)介：

陳龍，三峽大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，碩士研究生在讀，研究方向：軟件工程。

劉勇，三峽大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，博士，教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。