微服務架構和容器技術應用分析

李紅健

（湖南科技學院，湖南 永州 425199）

微服務架構的產生是軟件架構不斷演進的結果。Web開發(fā)經歷了單體結構，集群結構，分布式系統(tǒng)，最終演化到微服務架構。微服務架構按照業(yè)務劃分模塊，實現(xiàn)一個個高度解耦的系統(tǒng)架構，其中的分布式、快速演化、自動化運維和高容錯性這些優(yōu)點，受到了大批互聯(lián)網公司的青睞。在保障軟件架構的靈活伸縮，系統(tǒng)架構分布合理的同時，Docker容器的加入，進一步降低了微服務的成本，反過來也使得微服務和容器結合得越來越緊密。特別是云端平臺的興起，加速了這種趨勢[1]。

1 設計架構的演變

1.1 單體結構

此時公司業(yè)務量比較小，系統(tǒng)構建并不復雜，所有的代碼，數(shù)據(jù)庫，文件都部署在一臺機器上，對系統(tǒng)服務進行常規(guī)的應用服務和數(shù)據(jù)服務分離，增加緩存可以滿足此時的訪問量。

1.2 集群結構

公司業(yè)務逐漸增加，用戶量增大，服務器壓力也隨之增大，高峰期已經不能滿足用戶的操作，于是增加服務器分擔原有服務器的訪問和壓力，同時有了負載均衡，反向代理，數(shù)據(jù)庫讀寫分離的應對方案。

1.3 分布式系統(tǒng)

公司業(yè)務繼續(xù)發(fā)展，用戶規(guī)模和業(yè)務復雜已經到了一個量級，于是開始把一個系統(tǒng)拆成許多不同的應用，每個應用進行獨立的開發(fā)、測試、運維，應用之間通過消息隊列來進行數(shù)據(jù)分發(fā)，也可以訪問同一個數(shù)據(jù)存儲來構成一個關聯(lián)完整的系統(tǒng)。

1.4 微服務架構

微服務架構以去中心化為特點。大規(guī)模用戶的使用需求，對分布式系統(tǒng)的要求很高，并且業(yè)務快速發(fā)展，迭代周期很短，子系統(tǒng)也不需要如原來企業(yè)計算分布式那樣采用集中式存儲，通常采取前后端分離的方式，使單個業(yè)務系統(tǒng)組件化，不同的服務之間采用輕量級的交互機制進行交互，使各個子系統(tǒng)做到有效分割，結合Docker容器，使得微服務能進行實際的應用。

2 微服務的特性

2.1 微服務架構的優(yōu)勢

2.1.1 降低復雜性

微服務架構通過分解單體式應用為多個服務方法，降低了系統(tǒng)的復雜性，多個子系統(tǒng)的分離實現(xiàn)了組件化，一個個組件成為可管理的分支或服務，使其通過模塊化的方式呈現(xiàn)出來。通過微服務這種架構模式，讓單個服務更容易開發(fā)和維護。

2.1.2 部署的獨立性

每個微服務都具備相對獨立的運行進程和業(yè)務處理的能力，所以每個微服務的安裝和部署都可以獨立進行。在傳統(tǒng)的架構中，如果要對某一程序內的某一功能區(qū)進行變更，就需要對整體架構進行統(tǒng)一的重新建設，并進行重新部署。而微服務架構在變更時，由于其單個微服務的獨立性，不需要對整個應用進行編譯和部署，這大大提高了效率，也降低了對系統(tǒng)環(huán)境所造成的風險，縮短了原有的時間操作周期。

2.1.3 容錯性高

在傳統(tǒng)單一的構架中，如果某一組的應用功能發(fā)生故障，那么系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性就會受到影響，子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響會在其他的子系統(tǒng)中蔓延，輕的后果是會導致局部的系統(tǒng)受到影響，部分業(yè)務無法得到處理，嚴重的后果是導致整個應用系統(tǒng)的崩潰。在微服務構架中，由于單個服務的獨立性，所以故障的影響可以控制在單個的應用中，并不會對其他的服務造成影響，而且微服務中有提前審計的功能，有多種機制可以保證應用運行的穩(wěn)定[2]。

2.1.4 技術靈活

微服務構架有多種技術的選擇，常見的Java，NodeJs，Python，React Native都可以實現(xiàn)具體的微服務邏輯，也可以混合使用。通過對技術的合理選擇，節(jié)省成本的同時，做到專業(yè)分工。在使用不同的技術對微服務架構進行整合和部署的過程中，由于微服務的相對簡單，在升級的時候面臨更小的破壞風險，微服務的技術重構也更具有可行性[3]。

2.1.5 易擴展

微服務的架構中，系統(tǒng)的獨立性比較強，保證了系統(tǒng)的擴展性也比較強，其擴展的方向也相對較多，在橫向的擴展中可以使相同維度的業(yè)務實現(xiàn)無縫銜接，當不同的組件間接口出現(xiàn)差異的時候，其獨立性也可以大大降低銜接的復雜性。在縱向的方向上，組件化也使得多個維度的業(yè)務能有序地進行數(shù)據(jù)交互，微服務架構的特點大大降低了擴展風險。

2.2 微服務架構面臨的問題

微服務的復雜性主要體現(xiàn)于分布式這種架構方式上。由于應用的是分布式系統(tǒng)，給開發(fā)時帶來了天然的系統(tǒng)復雜性。開發(fā)者需要在RPC或消息傳遞之間選擇進程間通信機制，更甚于開發(fā)者必須平衡消息傳遞過快或者過慢的問題，顯然這加大了服務的復雜性[4]。

另一個挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)庫分區(qū)架構。在微服務的應用中，應用需要同時服務多個數(shù)據(jù)庫。NoSQL數(shù)據(jù)庫和信息代理的機制的系統(tǒng)，并不支持分布式交易，這對開發(fā)者帶來了很高的挑戰(zhàn)。

3 容器技術

容器技術的使用，使得微服務器架構中所面臨的壓力得到很大程度上的緩解。容器技術的特點為微服務構架提供了落地的機會，其中的內核機制可以實現(xiàn)不同的容器之間的聯(lián)系，容器之間資源也能實現(xiàn)完全的隔離，它們中有一個典型的代表—Docker。

容器技術的高速發(fā)展為計算機的云計算問題提供了解決的可能，現(xiàn)在多重容器技術都已經成為容器的標準規(guī)范。Linux容器具有較多的功能，也實現(xiàn)了十分規(guī)范的管理。微服務通過將單個應用程序分解，實現(xiàn)了組件化，又通過Kubemetes等技術將原有的集群統(tǒng)一地編織在一起，提供應用的部署、維護、擴展機制等功能，實現(xiàn)對不同容器的有效管理[5]。

Docker是容器技術中的代表，特點體現(xiàn)在具有標準的鏡像結構，實現(xiàn)了對不同資源實行不同存儲的功能，也能滿足大規(guī)模的托管服務，對于有主機集群的云服務平臺，通過分解應用構建、發(fā)布等方式實現(xiàn)對云計算技術的開發(fā)，在實現(xiàn)云計算平臺的構建的同時，還可以進行優(yōu)化和自動化維護環(huán)境，使得工作的效率能夠得到有效的提升，在降低成本的同時，滿足了微服務架構所需要的資源。

Docker的體系中，最關鍵的有兩個，Docker Register和Docker Engine，前者負責構建和分發(fā)應用鏡像，后者負責構建容器。這種組合方式，是云服務的軟件即服務（Softwareas-a-Service，SaaS）理念，用戶可以在各自的數(shù)據(jù)中心內建立私有的Docker Register，形成屬于自己的私有集群，以應對大規(guī)模的應用擴展需求[6]。Docker很像一個集裝箱，通過Lxc技術先進行整合鏡像，再集中匯總進行分發(fā)。

普通的虛擬機與容器技術有一定的相似性，但是容器技術在很多細節(jié)和虛擬機并不相同。虛擬機建立在硬件平臺上，而容器技術建立在操作系統(tǒng)（Operating System，OS）上，可以把容器看作是虛擬機輕量化的實現(xiàn)。Docker在實現(xiàn)應用隔離的同時，沒有虛擬機必須的虛擬化管理層，對比虛擬機太長的啟動時間，容器的啟動與停止可以在毫秒級這個范圍內啟動。比較這些特性，Docker容器顯然更勝虛擬機一籌。

4 基于容器的微服務應用

Docker的細粒度松散耦合和微服務架構相得益彰。我們可以讓Docker容器裝載這樣一個場景功能，按照不同的角色分類，每一個容器里裝一個服務和應用，一個服務器中運行多個容器，也可以將多個容器分散到多個服務器上運行。整個項目架構按照業(yè)務邏輯的規(guī)劃以細粒度的方式分散到了各個Docker中，并可以根據(jù)Rest接口的方式進行整合聯(lián)動[7]。一個典型的例子可以是負載均衡層、綜合業(yè)務服務層、單業(yè)務服務層、存儲層。這種多分層的方式，可以很好地保證容器對微服務的支持，高效地保證每一層服務的運行。當然，這種應用方式也是有些許弊端，在架構設計的前期，需要花費較多時間來進行詳細的系統(tǒng)分析和邏輯劃分。

5 結語

微服務架構和容器的結合在程序開發(fā)中應用已經成為一種新的開發(fā)方式，通過不同的微服務實現(xiàn)業(yè)務架構的粒度化，通過不同的容器承載不同的業(yè)務，為用戶提供更多的開發(fā)選擇。微服務構架中采用容器技術后，一方面更加微型化；另一方面容器使微服務開發(fā)更加的便捷。這種開發(fā)方式將隨著時間的推移越來越流行。

[參考文獻]

[1]楊鷗，張羿，耿貞偉.微服務架構在容器云中的應用實踐[J].電腦與電信，2017（7）：79-81.

[2]張晶，黃小鋒，李春陽.微服務框架的設計與實現(xiàn)[J].計算機系統(tǒng)應用，2017（6）：259-262.

[3]王紀軍，張斌，顧永生，等.云環(huán)境中Web應用的微服務架構評估[J].計算機系統(tǒng)應用，2017（5）：9-15.

[4]劉為.微服務架構及相應云平臺解析[J].科教導刊，2017（1）：27-28.

[5]佚名.容器+微服務成為驅動混合IT關鍵[J].郵電設計技術，2017（1）：5.

[6]黃小鋒，張晶.微服務框架介紹與實現(xiàn)[J].電腦與信息技術，2016（6）：14-16.

[7]王健，李冬睿.從單一模式系統(tǒng)架構往微服務架構遷移轉化技術研究[J].科教導刊，2016（9）：43-44.