面向領(lǐng)域的微服務(wù)架構(gòu)
前言
近來，一些關(guān)于面向服務(wù)架構(gòu)的話題，特別是針對微服務(wù)架構(gòu)的弊端這個話題上進行了大量的討論。雖然在幾年前，微服務(wù)架構(gòu)受到很多人的青睞，因為它們提供了許多好處，如獨立部署的靈活性、明確的所有權(quán)、系統(tǒng)穩(wěn)定性的改善以及更好的分離問題等優(yōu)點。但是不久，就開始有人吐槽微服務(wù)會大幅增加系統(tǒng)復(fù)雜性，有時甚至連一些簡單的功能都難以構(gòu)建。
隨著Uber發(fā)展，我們目前擁有了大約2200個關(guān)鍵的微服務(wù)，并且也親身經(jīng)歷了這些權(quán)衡。在過去的兩年里，Uber一直在試圖降低微服務(wù)的復(fù)雜性的同時仍然保持著微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢。我們希望通過這篇博文介紹我們對微服務(wù)架構(gòu)的通用方法，我們稱之為 "面向領(lǐng)域的微服務(wù)架構(gòu)"（DOMA）。
由于這些缺點，近年來也有一些批評微服務(wù)架構(gòu)的聲音，但是卻很少有人主張徹底拒絕微服務(wù)架構(gòu)。運營收益太重要了，而且似乎沒有有效的替代方案。我們介紹DOMA的目的是為了給那些希望降低整體系統(tǒng)復(fù)雜性，同時又保持微服務(wù)架構(gòu)相關(guān)靈活性的組織提供一些經(jīng)驗建議。
這篇文章主要解釋了什么是DOMA，以及Uber采用這種架構(gòu)的原因，它對平臺和產(chǎn)品團隊帶來哪些好處。最后，給想要采用這種架構(gòu)的團隊一些建議。
什么是微服務(wù)
微服務(wù)是面向服務(wù)架構(gòu)的延伸。與2000年代相當大的 "服務(wù) "相比，微服務(wù)是代表一組小型功能的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)托管，并暴露出一個明確定義接口。其他應(yīng)用程序通過進行遠程過程調(diào)用（RPC）方式來調(diào)用這個接口。
微服務(wù)架構(gòu)的特點是代碼的托管、調(diào)用和部署方式。比如大型的單體應(yīng)用，它們通常會被分割成具有明確定義接口的封裝組件。然后，這些接口就可以直接在進程中調(diào)用，而不是通過網(wǎng)絡(luò)。通過這種方法，我們將微服務(wù)看作一個性能受到影響的庫（網(wǎng)絡(luò)I/O和序列化/反序列化），以便調(diào)用它的任何功能。
當我們以這種方式來思考微服務(wù)時，可能會質(zhì)疑為什么我們會采用微服務(wù)架構(gòu)。答案通常是獨立部署和擴展。對于一個大型的單體應(yīng)用程序，應(yīng)用被迫一次性部署或發(fā)布所有的代碼。應(yīng)用程序的每一個新版本都可能涉及許多更改。部署變得風險大、耗時長。任何人都可以使整個系統(tǒng)癱瘓。
換句話說，業(yè)務(wù)采用微服務(wù)是以犧牲性能為代價來獲取運營利益。業(yè)務(wù)還必須承擔維護支持微服務(wù)所需的基礎(chǔ)設(shè)施的成本。事實證明，在很多情況下，這種權(quán)衡是很有意義的，但這也是反對過早采用微服務(wù)架構(gòu)的有力論據(jù)。
動機
在Uber，我們也采用了微服務(wù)架構(gòu)，因為我們（大約在2012-2013年）主要有兩個單體服務(wù)，遇到了很多通過微服務(wù)來解決的運營問題。
- 可用性風險。單體代碼庫內(nèi)的一次回滾就會使整個系統(tǒng)（在本例中是Uber的全部）癱瘓。
- 部署風險大，成本高。在需要頻繁回滾的情況下，執(zhí)行這些操作既困難又耗時。
- 不平滑的關(guān)注點分離。在龐大的代碼庫中，很難保持良好的關(guān)注點分離。尤其在一個指數(shù)級增長的環(huán)境中，權(quán)宜之計有時會導(dǎo)致邏輯和組件之間的界限不清。
- 執(zhí)行效率低下。這些問題加在一起，使得團隊很難獨立自主地執(zhí)行任務(wù)。
隨著Uber從10多個工程師發(fā)展到100多個工程師，多個團隊擁有技術(shù)棧的碎片時，這種單一的架構(gòu)將團隊的命運捆綁在一起，使得獨立運作變得困難。
因此，我們采用了微服務(wù)架構(gòu)。最終，我們的系統(tǒng)變得更加靈活，這使得團隊能夠更加自主。
- 系統(tǒng)的可靠性。在微服務(wù)架構(gòu)中，整體系統(tǒng)的可靠性上升。單個服務(wù)可以在不影響整個系統(tǒng)的情況下宕機（并被回滾）。
- 關(guān)注點的分離。從架構(gòu)上來看，微服務(wù)架構(gòu)迫使你去問 "這個服務(wù)為什么存在？"更加清晰地定義不同組件的角色。
- 明確所有權(quán)。代碼擁有者變得更加清楚。服務(wù)通常由個人、團隊或組織級別擁有，從而實現(xiàn)更快的增長。
- 自主執(zhí)行。獨立的部署 更清晰的所屬權(quán)限，讓不同的產(chǎn)品和平臺團隊能夠自主執(zhí)行。
- 開發(fā)人員的速度。應(yīng)用團隊可以獨立部署他們的代碼，這使得他們能夠按照自己的項目進度來執(zhí)行
毫不夸張地說，如果沒有微服務(wù)架構(gòu)，Uber不可能達到今天所保持的規(guī)模和執(zhí)行質(zhì)量。
然而，隨著公司規(guī)模的進一步擴大，從100多名工程師到1000多名工程師，我們開始注意到一系列與系統(tǒng)復(fù)雜性大大增加的相關(guān)問題。在微服務(wù)架構(gòu)下，人們用單一的整體代碼庫換取了黑盒，黑盒的功能隨時可能發(fā)生變化，很容易造成意外情況。
例如，工程師們不得不通過12個不同團隊大約50個服務(wù)來調(diào)查問題的根本原因。
理解服務(wù)之間的依賴關(guān)系可能會變得相當困難，因為服務(wù)之間的調(diào)用可能會深入許多層。第n個依賴關(guān)系的延遲峰值可能會導(dǎo)致上游的一連串問題。如果沒有合適的工具，就不可能看到實際發(fā)生的情況，這讓調(diào)試變得困難。
為了構(gòu)建一個簡單的功能，工程師往往需要跨多個服務(wù)工作，所有這些服務(wù)都由不同的個人和團隊所擁有。這就需要跨部門跨團隊的合作，在會議、設(shè)計和代碼審查上花費時間。由于團隊在彼此的服務(wù)中構(gòu)建代碼，修改彼此的數(shù)據(jù)模型，甚至代表服務(wù)所有者執(zhí)行部署，早期對服務(wù)所有權(quán)的明確界限劃分受到了影響。網(wǎng)絡(luò)化的單體可能會形成，看似獨立的服務(wù)都必須一起部署才能安全地執(zhí)行任何變更。
這樣所帶來的結(jié)果就是開發(fā)進度變慢、服務(wù)所屬不穩(wěn)定、遷移更困難等。對于已經(jīng)采用微服務(wù)架構(gòu)的企業(yè)來說，已經(jīng)沒有回頭路了。這就變成了 "有了它們不能活，沒有它們不能活"。
面向領(lǐng)域的微服務(wù)架構(gòu)
如果我們可以將微服務(wù)視為I / O綁定的庫，而將“微服務(wù)架構(gòu)”視為大型的分布式應(yīng)用程序，則可以使用眾所周知的架構(gòu)來思考如何組織代碼。
因此，“面向領(lǐng)域的微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)”大量借鑒了組織代碼的既定方法，例如 域驅(qū)動設(shè)計 ， 清晰架構(gòu) ， 面向服務(wù)的體系架構(gòu) 以及面向?qū)ο蠛兔嫦蚪涌诘脑O(shè)計模式。 我們認為DOMA僅是創(chuàng)新，因為它是在大型應(yīng)用的分布式系統(tǒng)中利用既定設(shè)計原則的相對新穎的方法。
DOMA相關(guān)的核心原理和術(shù)語如下：
- 圍繞相關(guān)微服務(wù)的集合，稱為 域
- 域的集合稱之為層。域所屬的層確定了允許該域內(nèi)的微服務(wù)承擔什么依賴性，稱為 層設(shè)計
- 為域提供接口，這些域被視為集合的單個入口點，稱為 網(wǎng)關(guān)
- 確定每個域都應(yīng)該與其他域不可知，一個域不應(yīng)該具有與其代碼庫或數(shù)據(jù)模型內(nèi)部硬編碼的另一個域相關(guān)的邏輯。由于團隊經(jīng)常需要在另一個團隊的域中包含邏輯（例如，自定義驗證邏輯或數(shù)據(jù)模型上的某些元上下文），因此我們提供了一種 擴展架構(gòu) ，以支持該域中定義明確的擴展點。
通過提供系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，域網(wǎng)關(guān)和預(yù)定義的擴展點，DOMA打算將微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)從復(fù)雜的東西轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫斫獾臇|西：結(jié)構(gòu)化的一組靈活，可重用和分層的組件。
這篇文章的其余部分將深入研究Uber在DOMA中的實施，我們已經(jīng)看到的好處以及為可能希望采用這種方法的公司提供的實用建議。
Uber的措施
域
Uber域代表一個或多個與邏輯功能分組綁定的微服務(wù)的集合。設(shè)計域時常見的問題是“域應(yīng)該有多大？”有些域可以包含數(shù)十個服務(wù)，有些域只能包含單個服務(wù)。重要的任務(wù)是仔細考慮每個集合的 邏輯 角色。例如，我們的地圖搜索服務(wù)構(gòu)成一個域，票價服務(wù)是一個域，匹配平臺（匹配騎手和駕駛員）是一個域。這些也不總是遵循公司的組織結(jié)構(gòu)。Uber Maps組織本身分為三個域，在三個不同的網(wǎng)關(guān)后面有80個微服務(wù)。
層設(shè)計
層設(shè)計回答了“什么服務(wù)可以調(diào)用其他什么服務(wù)？”的問題。在Uber的微服務(wù)架構(gòu)中，我們可以將層設(shè)計視為“規(guī)模化的關(guān)注點分離”，或者，我們可以將層設(shè)計視為“規(guī)模化的依賴管理”。
層設(shè)計描述了一種機制，用于考慮Uber的故障影響范圍和跨服務(wù)依賴的產(chǎn)品特異性。 當域從底層移到頂層時，它們在中斷的情況下會影響較少的服務(wù)，并代表更多特定的產(chǎn)品使用案例。 相反，底層的功能具有更多的依存關(guān)系，因此趨向于具有更大的影響半徑，并代表了更通用的業(yè)務(wù)功能集。下圖說明了此概念。
可以將頂層視為具體的用戶體驗（例如移動功能），將底層視為通用的業(yè)務(wù)功能（例如帳戶管理或市場行程）。層僅取決于其下的層，這為我們提供了一種有用的啟發(fā)式方法，可以思考影響范圍和區(qū)域集成等問題。
值得注意的是，功能經(jīng)常會從這個圖表中 "向下 "移動，從具體到更普遍。可以想象，一個簡單的功能，隨著需求的變多，最終會變成越來越多的平臺。事實上，這種向下遷移是意料之中的，Uber的許多核心業(yè)務(wù)平臺一開始都是針對騎手或司機的功能，隨著我們開發(fā)出更多的業(yè)務(wù)線，它們也有了更多的依賴性，就會變得越來越通用（比如Uber Eats或Uber Freight）。
在Uber內(nèi)部，我們建立了以下五個層次。
- 基礎(chǔ)設(shè)施層。 提供任何工程項目都可以使用的功能。這是Uber對諸如存儲或網(wǎng)絡(luò)等重大工程問題的處理。
- 業(yè)務(wù)層。 提供應(yīng)用可以使用的Uber功能，但并非特定于特定產(chǎn)品類別或業(yè)務(wù)線（LOB）的功能，例如乘車，進餐或貨運。
- 產(chǎn)品層。 提供與特定產(chǎn)品類別或LOB相關(guān)但與移動應(yīng)用程序無關(guān)的功能，例如由多個面向應(yīng)用程序的Rides所利用的“請求乘車”邏輯（Rider，Rider“ Lite”，m.uber.com）等）。
- 演示層。 提供直接與面向消費者的應(yīng)用程序（移動/網(wǎng)絡(luò)）中存在的功能相關(guān)的功能。
- 邊緣層。 將Uber服務(wù)安全地暴露給外界。該層也支持移動應(yīng)用程序。
每層代表著越來越具體的功能分組，并且影響半徑越來越小（或者換句話說，更少的組件取決于該層中的功能）。
網(wǎng)關(guān)
在微服務(wù)架構(gòu)中相信大家對“API網(wǎng)關(guān)”這個術(shù)語并不陌生。而在DOMA中我們的定義的網(wǎng)關(guān)其實與大家所熟知的“API網(wǎng)關(guān)”的概念相差無幾，只是我們傾向于將網(wǎng)關(guān)專門視為 進入 基礎(chǔ)服務(wù)集合（稱為 域） 的 單個入口點****。 網(wǎng)關(guān)的成功取決于API設(shè)計的成功。
由于上游使用者僅在單一服務(wù)上運行，因此網(wǎng)關(guān)在遷移，服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及整體系統(tǒng)復(fù)雜度方面提供了許多好處，上游服務(wù)僅需一個依賴項，而不是對域中可能存在的幾個下游服務(wù)的依賴。如果我們從面向?qū)ο笤O(shè)計的角度考慮網(wǎng)關(guān)，那么它們就是接口定義，它使我們能夠根據(jù)底層“實現(xiàn)”（在本例中為底層微服務(wù)的集合）做我們想做的任何事情。
擴展
擴展表示一種 擴展 域的機制。擴展的基本定義是，它提供了一種擴展基礎(chǔ)服務(wù)功能的機制，而無需更改該服務(wù)的實際實現(xiàn)，也不會影響其整體可靠性。在Uber，我們提供了兩種不同的擴展模型： 邏輯擴展 和 數(shù)據(jù)擴展 。擴展的概念使我們能夠?qū)⒓軜?gòu)擴展到能夠獨立工作的多個團隊。
邏輯擴展
邏輯擴展提供了一種擴展服務(wù)的底層邏輯機制。對于邏輯擴展，我們使用 提供程序 或 插件 模式的變體，其接口是以服務(wù)為基礎(chǔ)定義的。這樣一來使得擴展團隊可以在不修改底層平臺核心代碼的情況下，以接口驅(qū)動的方式實現(xiàn)擴展邏輯。
例如，一個驅(qū)動上線。通常，我們會進行各種檢查以確保允許驅(qū)動上線（安全檢查，合規(guī)性等）。這些都由一個單獨的團隊擁有。一種實現(xiàn)方法是讓每個團隊在同一端點編寫邏輯，但這可能會增加復(fù)雜性。每次檢查都需要自定義且完全不相關(guān)的邏輯。
對于邏輯擴展，“上線”端點將定義一個接口，他們希望每個擴展都符合預(yù)定義的請求類型和響應(yīng)。每個團隊都將注冊一個負責執(zhí)行此邏輯的擴展。在這種情況下，他們可能簡單地獲取一些關(guān)于驅(qū)動程序的上下文況，然后返回布爾值，來判斷驅(qū)動程序是否可以上線。“上線”端點將簡單地遍歷這些響應(yīng)，并確定它們其中是否有問題。
這就將核心代碼與每個擴展解耦，并提供了擴展之間的隔離，它不知道其他邏輯在執(zhí)行什么。圍繞這一點，就能很容易建立更多的功能，比如可觀察性或者是特征標志等。
數(shù)據(jù)擴展
數(shù)據(jù)擴展提供了一種將任意數(shù)據(jù)附加到接口的機制，來避免核心平臺數(shù)據(jù)模型中的臃腫。對于數(shù)據(jù)擴展，我們利用Protobuf的 Any 功能，這樣團隊可以將任意數(shù)據(jù)添加到請求中。服務(wù)通常會存儲這些數(shù)據(jù)或?qū)⑵鋫鬟f給邏輯擴展，這樣核心平臺就永遠不會負責反序列化（從而 "知道"）這個任意上下文。Protobuf的任何實現(xiàn)都會有一些基礎(chǔ)設(shè)施開銷，以換取更強的類型化。為了更簡單的實現(xiàn)，我們可以直接使用JSON字符串來表示任意數(shù)據(jù)。
自定義擴展
在邏輯和數(shù)據(jù)擴展之外，Uber的很多團隊都推出了自己適合自己領(lǐng)域的擴展模式。例如，與我們的展示架構(gòu)綁定的很多集成都使用了基于DAG的任務(wù)執(zhí)行邏輯。
效益
Uber幾乎每個主要領(lǐng)域都在一定程度上受到了DOMA的影響。在過去的一年里，我們主要關(guān)注Uber的業(yè)務(wù)層，它為我們的各個業(yè)務(wù)線提供了通用的邏輯。
DOMA在Uber還很年輕，我們很高興能在未來分享更多的數(shù)據(jù)和我們架構(gòu)的深入案例。不過，在簡化開發(fā)人員體驗和降低整體系統(tǒng)復(fù)雜度方面，早期的跡象是非常積極的。
產(chǎn)品與平臺
DOMA是Uber整個產(chǎn)品和平臺團隊達成共識的結(jié)果。平臺支持成本往往下降了一個數(shù)量級。產(chǎn)品團隊從護欄和加速開發(fā)中獲益。
例如，我們擴展架構(gòu)的一個早期平臺消費者通過采用擴展架構(gòu)，減少了代碼審查、規(guī)劃和消費者學(xué)習(xí)曲線的時間，能夠?qū)⒁粋€新功能的優(yōu)先級和集成時間從三天下降到三個小時。
降低復(fù)雜度
以前產(chǎn)品團隊要利用一個領(lǐng)域，需要調(diào)用許多下游服務(wù)，現(xiàn)在只需要調(diào)用一個服務(wù)。通過減少入駐新功能的接觸點數(shù)量，平臺能夠?qū)⑷腭v時間縮短25-50%。此外，我們能夠?qū)?200個微服務(wù)劃分為70個域。其中大約有50%已經(jīng)實施，其中大部分有一些未來采用的計劃。
未來的遷移
在Uber，我們計算過微服務(wù)的半衰期是1.5年，也就是說每1.5年我們就有50%的微服務(wù)流失。如果沒有網(wǎng)關(guān)，微服務(wù)架構(gòu)很容易因為這種流失而陷入 "遷移地獄"。不斷變化的微服務(wù)需要不斷進行上游遷移。網(wǎng)關(guān)使團隊能夠避免對底層領(lǐng)域服務(wù)的依賴性，這意味著這些服務(wù)可以在不強制進行上游遷移的情況下發(fā)生變化。
Uber在去年最大的兩次平臺重寫都發(fā)生在網(wǎng)關(guān)背后。這些平臺有數(shù)百個依賴于它們的服務(wù)，這些服務(wù)將不得不遷移現(xiàn)有的平臺。在這些情況下，遷移的成本會非常高，使得完全的平臺重變得寫不可行。
新的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品線
事實證明，使用DOMA設(shè)計的平臺可擴展性更強，也更容易維護。Uber的大多數(shù)團隊之所以采用DOMA，是因為支持新業(yè)務(wù)線的成本太高。
一些建議
本節(jié)為可能想采用DOMA的公司提供一些實用的建議。這里的指導(dǎo)原則是，根據(jù)我們的經(jīng)驗，一個成熟的、經(jīng)過深思熟慮的微服務(wù)架構(gòu)源于在正確的時間向正確的方向悄悄推敲。現(xiàn)實情況是，對于一個人的整個微服務(wù)架構(gòu)來說，真正的 "重寫 "是永遠不可能的。
因此，我們認為微服務(wù)架構(gòu)的演進更像是 "修剪樹籬"，使其最終正確成長，而不是自上而下或一次性的架構(gòu)（或重新架構(gòu)）工作。這是一個動態(tài)和漸進的過程。
創(chuàng)業(yè)公司
驅(qū)動性的問題應(yīng)該是 "我們應(yīng)該在什么時候采用微服務(wù)架構(gòu)？"和 "它對我們的組織有意義嗎？" 正如我們在上面所看到的那樣，雖然微服務(wù)為擁有大量工程師的組織提供了運營上的好處，但這也換來了復(fù)雜性的增加，會使功能的構(gòu)建更加困難。
在小型公司中，運營效益可能無法抵消架構(gòu)復(fù)雜性的增加。此外，微服務(wù)架構(gòu)通常需要專門的工程資源來支持，這對于早期階段的公司來說可能超出了預(yù)算，否則從優(yōu)先級的角度來看是次優(yōu)的。
考慮到這一點，在一段時間內(nèi)完全暫緩采用微服務(wù)也不是沒有道理的。如果一個組織真的選擇采用微服務(wù)，就應(yīng)該考慮 "微服務(wù)作為大型分布式應(yīng)用 "的類比，以及想要構(gòu)建的微服務(wù)之間的關(guān)注點分離。另外，要認識到，第一批微服務(wù)很可能是最重要的，也是持續(xù)時間最長的，因為它們真正描述了業(yè)務(wù)的核心。
中型
一旦公司的規(guī)模達到中等，有了多個團隊，不同的功能和平臺之間的關(guān)注點明確分離變得朦朧，微服務(wù)架構(gòu)就會變得更加明顯有用。
在這個階段，人們可以開始考慮微服務(wù)之間的層次結(jié)構(gòu)。依賴性管理可能會變得更加重要，因為一些服務(wù)開始對業(yè)務(wù)運營變得更加明顯的關(guān)鍵，越來越多的團隊依賴這些服務(wù)。
早期對平臺化的投資可能會在未來的道路上得到回報。如果能夠創(chuàng)建完全產(chǎn)品不可知的業(yè)務(wù)平臺，避免核心平臺服務(wù)中任意的產(chǎn)品邏輯，這里就有可能避免技術(shù)債務(wù)。此時采用擴展來實現(xiàn)這一目標可能是有意義的。
鑒于微服務(wù)的數(shù)量可能還相當少，將它們集中在一起可能沒有意義。不過，這里值得注意的是，在Uber的DOMA實現(xiàn)背景下，一個領(lǐng)域可以包含一個服務(wù)，所以用 "面向領(lǐng)域 "的方式來思考可能還是有用的。
大型
規(guī)模較大的工程組織可能有數(shù)百名工程師和微服務(wù)以及多個依賴關(guān)系。這時DOMA就達到了它的全部作用。很可能會有明顯的微服務(wù)集群，這些集群可以很容易地歸為域，在它們前面有一個網(wǎng)關(guān)。遺留服務(wù)往往開始需要重構(gòu)或重寫，然后進行遷移，這意味著如果網(wǎng)關(guān)已經(jīng)到位的話，很快就會開始在遷移的便利性方面提供價值。
明確的層次結(jié)構(gòu)也將變得越來越重要，一些服務(wù)將作為 "產(chǎn)品 "服務(wù)來運行，以實現(xiàn)特定的功能或功能分組，而其他服務(wù)將越來越多地支持多個產(chǎn)品，并被認為是 "平臺"。現(xiàn)階段關(guān)鍵是要保持任意產(chǎn)品邏輯與平臺的脫鉤，這樣才能避免給平臺團隊帶來沉重的運營負擔以及整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
最后的感想
隨著Uber越來越多的團隊來采用DOMA，我們?nèi)栽诜e極地進化DOMA。DOMA的關(guān)鍵洞察力在于，微服務(wù)架構(gòu)實際上只是一個大型的分布式程序，你可以將同樣的原則應(yīng)用于它的演進，就像你應(yīng)用于任何軟件一樣。DOMA只是一種在實踐中思考這些原則的方法。我們希望其他人覺得它有用，我們也期待著反饋。
