引言：“微服務”是當前軟件架構領域非常熱門的詞匯，能找到很多關于微服務的定義、準則，以及如何從微服務中獲益的文章，在企業(yè)的實踐中去應用“微服務”的資源卻很少。本篇文章中，會介紹微服務架構(Microservices Architecture)的基礎概念，以及如何在實踐中具體應用。

單體架構(Monolithic Architecture )

企業(yè)級的應用一般都會面臨各種各樣的業(yè)務需求，而常見的方式是把大量功能堆積到同一個單體架構中去。比如：常見的ERP、CRM等系統(tǒng)都以單體架構的方式運行，同時由于提供了大量的業(yè)務功能，隨著功能的升級，整個研發(fā)、發(fā)布、定位問題，擴展，升級這樣一個“怪物”系統(tǒng)會變得越來越困難。

單體架構的初期效率很高，應用會隨著時間推移逐漸變大。在每次的迭代中，開發(fā)團隊都會面對新功能，然后開發(fā)許多新代碼，隨著時間推移，這個簡單的應用會變成了一個巨大的怪物。

圖1：單體架構

大部分企業(yè)通過SOA來解決上述問題，SOA的思路是把應用中相近的功能聚合到一起，以服務的形式提供出去。因此基于SOA架構的應用可以理解為一批服務的組合。SOA帶來的問題是，引入了大量的服務、消息格式定義和規(guī)范。

多數(shù)情況下，SOA的服務直接相互獨立，但是部署在同一個運行環(huán)境中(類似于一個Tomcat實例下，運行了很多web應用)。和單體架構類似，隨著業(yè)務功能的增多SOA的服務會變得越來越復雜，本質上看沒有因為使用SOA而變的更好。圖1，是一個包含多種服務的在線零售網(wǎng)站，所有的服務部署在一個運行環(huán)境中，是一個典型的單體架構。

單體架構的應用一般有以下特點：

• 設計、開發(fā)、部署為一個單獨的單元。
• 會變得越來越復雜，***導致維護、升級、新增功能變得異常困難
• 很難以敏捷研發(fā)模式進行開發(fā)和發(fā)布
• 部分更新，都需要重新部署整個應用
• 水平擴展：必須以應用為單位進行擴展，在資源需求有沖突時擴展變得比較困難(部分服務需要更多的計算資源，部分需要更多內存資源)
• 可用性：一個服務的不穩(wěn)定會導致整個應用出問題
• 創(chuàng)新困難：很難引入新的技術和框架，所有的功能都構建在同質的框架之上

微服務架構(Microservices Architecture)

微服務架構的核心思想是，一個應用是由多個小的、相互獨立的、微服務組成，這些服務運行在自己的進程中，開發(fā)和發(fā)布都沒有依賴。

多數(shù)人對于微服務的定義是，把本來運行在單體架構中的服務拆分成相互獨立的服務，并運行在各自的進程中。在我看來，不僅如此。最關鍵的地方在于，不同的服務能依據(jù)不同的業(yè)務需求，構建的不同的技術架構之上，并且聚焦在有限的業(yè)務功能之上。

因此，在線零售網(wǎng)站可以用圖2的微服務架構來簡單概括。基于業(yè)務需求，需要增加一個賬戶服務微服務，因此構建微服務絕不是在單體架構中把服務拆分開這么簡單。

圖2：微服務架構

微服務設計：規(guī)模、范圍、業(yè)務功能

你可能從零開始用微服務來構建應用，也可能重構現(xiàn)有系統(tǒng)，確定微服務的規(guī)模，范圍和功能都特別重要。讓我們討論一些有關微服務設計的關鍵問題和對它的誤解：

“微”很容易被誤解：很多開發(fā)者會傾向于把服務往盡量小的顆粒度去做

在SOA方式下，服務都還是以單體架構在運行，用于支持不同的功能。如果依舊采用SAO類似的服務，僅僅是名義上叫做微服務，并不能帶來任何微服務的優(yōu)勢。

那我們在微服務中應該怎樣設計呢。以下是微服務的設計指南：

• 職責單一原則(Single Responsibility
• Principle)：把某一個微服務的功能聚焦在特定業(yè)務或者有限的范圍內會有助于敏捷開發(fā)和服務的發(fā)布。
• 設計階段就需要把業(yè)務范圍進行界定。
• 需要關心微服務的業(yè)務范圍，而不是服務的數(shù)量和規(guī)模盡量小。數(shù)量和規(guī)模需要依照業(yè)務功能而定。
• 于SOA不同，某個微服務的功能、操作和消息協(xié)議盡量簡單。
• 項目初期把服務的范圍制定相對寬泛，隨著深入，進一步重構服務，細分微服務是個很好的做法。

微服務消息

在單體架構中，不同功能之間通信通過方法調用，或者跨語言通信。SOA降低了這種語言直接的耦合度，采用基于SOAP協(xié)議的web服務。這種web服務的功能和消息體定義都十分復雜，微服務需要更輕量的機制。

同步消息 – REST, Thrift

同步消息就是客戶端需要保持等待，直到服務器返回應答。REST是微服務中默認的同步消息方式，它提供了基于HTTP協(xié)議和資源API風格的簡單消息格式，多數(shù)微服務都采用這種方式(每個功能代表了一個資源和對應的操作)。

Thrift是另外一個可選的方案。它采用接口描述語言定義并創(chuàng)建服務，支持可擴展的跨語言服務開發(fā)，所包含的代碼生成引擎可以在多種語言中，如 C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Cocoa, Smalltalk 等創(chuàng)建高效的、無縫的服務，其傳輸數(shù)據(jù)采用二進制格式，相對 XML 和 JSON 體積更小，對于高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量和多語言的環(huán)境更有優(yōu)勢。

圖3：REST接口，對外微服務

異步消息 – AMQP, STOMP, MQTT

異步消息就是客戶端不需要一直等待服務應答，有應到后會得到通知。某些微服務需要用到異步消息，一般采用AMQP, STOMP, MQTT。

消息格式 – JSON, XML, Thrift, ProtoBuf, Avro

消息格式是微服務中另外一個很重要的因素。SOA的web服務一般采用文本消息，基于復雜的消息格式(SOAP)和消息定義(xsd)。微服務采用簡單的文本協(xié)議JSON和XML，基于HTTP的資源API風格。如果需要二進制，通過用到Thrift, ProtoBuf, Avro。

服務約定 – 定義接口 – Swagger, RAML, Thrift IDL

如果把功能實現(xiàn)為服務，并發(fā)布，需要定義一套約定。單體架構中，SOA采用WSDL，WSDL過于復雜并且和SOAP緊耦合，不適合微服務。

REST設計的微服務，通常采用Swagger和RAML定義約定。

對于不是基于REST設計的微服務，比如Thrift，通常采用IDL(Interface Definition Languages)，比如Thrift IDL。

微服務集成 (服務間通信)

微服務架構下，應用的服務直接相互獨立。在一個具體的商業(yè)應用中，需要有些機制支持微服務之間通信。因此服務間的通信機制特別重要。

SOA體系下，服務之間通過企業(yè)服務總線(Enterprise Service Bus)通信，許多業(yè)務邏輯在中間層(消息的路由、轉換和組織)。微服務架構傾向于降低中心消息總線(類似于ESB)的依賴，將業(yè)務邏輯分布在每個具體的服務終端。

大部分微服務基于HTTP、JSON這樣的標準協(xié)議，集成不同標準和格式變的不再重要。另外一個選擇是采用輕量級的消息總線或者網(wǎng)關，有路由功能，沒有復雜的業(yè)務邏輯。下面就介紹幾種常見的架構方式。

點對點方式 – 直接調用服務

點對點方式中，服務之間直接用。每個微服務都開放REST API，并且調用其它微服務的接口。

圖4：通過點對點方式通信

很明顯，在比較簡單的微服務應用場景下，這種方式還可行，隨著應用復雜度的提升，會變得越來越不可維護。這點有些類似SOA的ESB，盡量不采用點對點的集成方式。

點對點有下面幾個缺點:

• 非功能的需求，比如用戶授權、限制、監(jiān)控，需要在每個微服務中進行實現(xiàn)
• 隨著功能的演進，服務會變得越來越復雜。
• 不同的服務直接，客戶端和服務直接沒有控制功能(監(jiān)控、跟蹤、過濾)
• 直接通信在大型系統(tǒng)設計中，一般是反面典型。

因此，如果設計一個大型的微服務系統(tǒng)，盡量避免點對點的通信方式，也不能像ESB這樣重量級的總線。而是一個輕量級的總線，能夠提供非業(yè)務功能的抽象。這就是API網(wǎng)關方式。

API-網(wǎng)關方式

API網(wǎng)關方式的核心要點是，所有的客戶端和消費端都通過統(tǒng)一的網(wǎng)關接入微服務，在網(wǎng)關層處理所有的非業(yè)務功能個。通常，網(wǎng)關也是提供REST/HTTP的訪問API。服務端通過API-GW注冊和管理服務。

圖5：通過API-網(wǎng)關暴露微服務

用我們網(wǎng)上商店的例子，在圖5中，所有的業(yè)務接口通過API網(wǎng)關暴露，是所有客戶端接口的唯一入口。微服務之間的通信也通過API網(wǎng)關。

采用網(wǎng)關方式有如下優(yōu)勢：

• 有能力為微服務接口提供網(wǎng)關層次的抽象。比如：微服務的接口可以各種各樣，在網(wǎng)關層，可以對外暴露統(tǒng)一的規(guī)范接口。
• 輕量的消息路由、格式轉換。
• 統(tǒng)一控制安全、監(jiān)控、限流等非業(yè)務功能。
• 每個微服務會變得更加輕量，非業(yè)務功能個都在網(wǎng)關層統(tǒng)一處理，微服務只需要關注業(yè)務邏輯

目前，API網(wǎng)關方式應該是微服務架構中應用最廣泛的設計模式。

消息代理方式

微服務也可以集成在異步的場景下，通過隊列和訂閱主題，實現(xiàn)消息的發(fā)布和訂閱。一個微服務可以是消息的發(fā)布者，把消息通過異步的方式發(fā)送到隊列或者訂閱主題下。作為消費者的微服務可以從隊列或者主題共獲取消息。通過消息中間件把服務之間的直接調用解耦。

圖6：異步通信方式

通常異步的生產(chǎn)者/消費者模式，通過AMQP、MQTT等異步消息規(guī)范。

數(shù)據(jù)的去中心化

單體架構中，不同功能的服務模塊都把數(shù)據(jù)存儲在某個中心數(shù)據(jù)庫中。

圖7：單體架構，用一個數(shù)據(jù)庫存儲所有數(shù)據(jù)

微服務方式，多個服務之間的設計相互獨立，數(shù)據(jù)也應該相互獨立(比如，某個微服務的數(shù)據(jù)庫結構定義方式改變，可能會中斷其它服務)。因此，每個微服務都應該有自己的數(shù)據(jù)庫。

圖8：每個微服務有自己私有的數(shù)據(jù)庫，其它微服務不能直接訪問。

數(shù)據(jù)去中心話的核心要點：

• 每個微服務有自己私有的數(shù)據(jù)庫持久化業(yè)務數(shù)據(jù)
• 每個微服務只能訪問自己的數(shù)據(jù)庫，而不能訪問其它服務的數(shù)據(jù)庫
• 某些業(yè)務場景下，需要在一個事務中更新多個數(shù)據(jù)庫。這種情況也不能直接訪問其它微服務的數(shù)據(jù)庫，而是通過對于微服務進行操作。

數(shù)據(jù)的去中心化，進一步降低了微服務之間的耦合度，不同服務可以采用不同的數(shù)據(jù)庫技術(SQL、NoSQL等)。在復雜的業(yè)務場景下，如果包含多個微服務，通常在客戶端或者中間層(網(wǎng)關)處理。

下篇文章會介紹微服務實戰(zhàn)的其它內容：管理去中心化、服務的注冊和發(fā)現(xiàn)、安全、事務、失敗的設計、其它。

微服務實戰(zhàn)：從架構到發(fā)布（二）

原文作者：Kasun Indrasiri，軟件架構師，WSO2

原文鏈接：https://dzone.com/articles/microservices-in-practice-1

翻譯系_力譜宿云LeapCloud團隊_云服務研發(fā)成員：Frank Qin

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