一篇彻底带你理解微服务

时间:2022-11-19 09:59:56


在系统架构与设计的实践中,从宏观上可以总结为三个阶段;

集中式架构:就是把所有的功能、模块都集中到一个项目中,部署在一台服务器上,从而对外提供服务(单体架构、单体服务、单体应用);

直白一点:就是只有一个项目,只有一个war;

**分布式架构:**就是把所有的功能、模块拆分成不同的子项目,部署在多台不同的服务器上,这些子项目相互协作共同对外提供服务。

直白一点:就是有很多项目,有很多war包,这些项目相互协作完成需要的功能,不是一个war能完成的,一个war包完成不了;

比如:

Shop项目:单体应用

Shop项目:拆分–> (user-center, order-center, trade-center) 分布式应用

**微服务架构:**分布式强调系统的拆分,微服务也是强调系统的拆分,微服务架构属于分布式架构的范畴;

并且到目前为止,微服务并没有一个统一的标准的定义,那么微服务究竟是什

么?

1、什么是微服务

The microservice architectural style is an approach to developing a single application as a suite of small services, each running in its own process and communicating with lightweight mechanisms, often an HTTP resource API. These services are built around business capabilities and independently deployable by fully automated deployment machinery. There is a bare minimum of centralized management of these services , which may be written in different programming languages and use different data storage technologies.

首先微服务并没有一个官方的定义,想要直接描述微服务比较困难,我们可以通过对比传统WEB应用,来理解什么是微服务。

1、传统的web项目VS微服务

1、传统的Web项目

传统的WEB应用核心分为业务逻辑、适配器以及API或通过UI访问的WEB界面。业务逻辑定义业务流程、业务规则以及领域实体。适配器包括数据库访问组件、消息组件以及访问接口等。

尽管也是遵循模块化开发,但最终它们会打包并部署为单体式应用。例如Java应用程序会被打包成WAR,部署在Tomcat或者Jetty上。

这种单体应用比较适合于小项目,优点是:

  • 开发简单直接,集中式管理
  • 基本不会重复开发
  • 功能都在本地,没有分布式的管理开销和调用开销

它的缺点也十分明显,特别对于互联网公司来说:

  • 开发效率低:所有的开发在一个项目改代码,递交代码相互等待,代码冲突不断
  • 代码维护难:代码功能耦合在一起,新人不知道何从下手
  • 部署不灵活:构建时间长,任何小修改必须重新构建整个项目,这个过程往往很长
  • 稳定性不高:一个微不足道的小问题,可以导致整个应用挂掉
  • 扩展性不够:无法满足高并发情况下的业务需求

2、微服务项目

现在主流的设计一般会采用微服务架构。其思路不是开发一个巨大的单体式应用,而是将应用分解为小的、互相连接的微服务。一个微服务完成某个特定功能,比如乘客管理和下单管理等。每个微服务都有自己的业务逻辑和适配器。一些微服务还会提供API接口给其他微服务和应用客户端使用

微服务架构的优点

  • 解决了复杂性问题

它将单体应用分解为一组服务。虽然功能总量不变,但应用程序已被分解为可管理的模块或服务。这些服务定义了明确的RPC或消息驱动的API边界。微服务架构强化了应用模块化的水平,而这通过单体代码库很难实现。因此,微服务开发的速度要快很多,更容易理解和维护。

  • 单独开发每个服务,与其他服务互不干扰

只要符合服务API契约,开发人员可以*选择开发技术。这就意味着开发人员可以采用新技术编写或重构服务,由于服务相对较小,所以这并不会对整体应用造成太大影响。

  • 可以独立部署每个微服务

开发人员无需协调对服务升级或更改的部署。这些更改可以在测试通过后立即部署。所以微服务架构也使得CI/CD成为可能。

微服务的缺点

  • 多服务运维难度
  • 系统部署依赖
  • 服务间通信成本
  • 数据一致性
  • 系统集成测试
  • 重复工作
  • 性能监控

2、如何实现微服务

四个问题

  1. 客户端如何访问这些服务?
  2. 服务之间如何通信?
  3. 这么多服务,怎么找?
  4. 服务挂了怎么办?

1、客户端如何访问这些服务

原来的服务都是可以进行单独调用,现在按功能拆分成独立的服务,变成了一个独立的Java进程了。客户端UI如何访问他的?后台有N个服务,前台就需要记住管理N个服务,一个服务下线/更新/升级,前台就要重新部署,这明显不服务我们拆分的理念,特别当前台是移动应用的时候,通常业务变化的节奏更快。另外,N个小服务的调用也是一个不小的网络开销。还有一般微服务在系统内部,通常是无状态的,用户登录信息和权限管理最好有一个统一的地方维护管理(OAuth)。

所以,一般在后台N个服务和UI之间一般会一个代理或者叫​​API Gateway​​,他的作用包括

  • 提供统一服务入口,让微服务对前台透明
  • 聚合后台的服务,节省流量,提升性能
  • 提供安全,过滤,流控等API管理功能

我的理解其实这个API Gateway可以有很多广义的实现办法,可以是一个软硬一体的盒子,也可以是一个简单MVC框架,甚至是一个Node.js的服务端。他们最重要的作用是为前台(通常是移动应用)提供后台服务的聚合,提供一个统一的服务出口,解除他们之间的耦合,不过API Gateway也有可能成为单点故障点或者性能的瓶颈。

2、 服务之间如何通信?

因为所有的微服务都是独立的Java进程跑在独立的虚拟机上,所以服务间的通行就是IPC(inter process communication),已经有很多成熟的方案。现在基本最通用的有两种方式。

  • 同步调用
  • REST(JAX-RS)
  • RPC(Dubbo)
  • 异步消息调用(Kafka, Notify, MetaQ)

一般同步调用比较简单,一致性强,但是容易出调用问题,性能体验上也会差些,特别是调用层次多的时候。RESTful和RPC的比较也是一个很有意思的话题。一般REST基于HTTP,更容易实现,更容易被接受,服务端实现技术也更灵活些,各个语言都能支持,同时能跨客户端,对客户端没有特殊的要求,只要封装了HTTP的SDK就能调用,所以相对使用的广一些。RPC也有自己的优点,传输协议更高效,安全更可控,特别在一个公司内部,如果有统一个的开发规范和统一的服务框架时,他的开发效率优势更明显些。就看各自的技术积累实际条件,自己的选择了。

而异步消息的方式在分布式系统中有特别广泛的应用,他既能减低调用服务之间的耦合,又能成为调用之间的缓冲,确保消息积压不会冲垮被调用方,同时能保证调用方的服务体验,继续干自己该干的活,不至于被后台性能拖慢。不过需要付出的代价是一致性的减弱,需要接受数据最终一致性;还有就是后台服务一般要实现幂等性,因为消息发送出于性能的考虑一般会有重复(保证消息的被收到且仅收到一次对性能是很大的考验);最后就是必须引入一个独立的broker,如果公司内部没有技术积累,对broker分布式管理也是一个很大的挑战。

3、这么多服务,怎么找?

在微服务架构中,一般每一个服务都是有多个拷贝,来做负载均衡。一个服务随时可能下线,也可能应对临时访问压力增加新的服务节点。服务之间如何相互感知?服务如何管理?这就是服务发现的问题了。一般有两类做法,也各有优缺点。基本都是通过zookeeper等类似技术做服务注册信息的分布式管理。当服务上线时,服务提供者将自己的服务信息注册到ZK(或类似框架),并通过心跳维持长链接,实时更新链接信息。服务调用者通过ZK寻址,根据可定制算法,找到一个服务,还可以将服务信息缓存在本地以提高性能。当服务下线时,ZK会发通知给服务

客户端。

  • 客户端做:优点是架构简单,扩展灵活,只对服务注册器依赖。缺点是客户端要维护所有调用服务的地址,有
    技术难度,一般大公司都有成熟的内部框架支持,比如Dubbo。
  • 服务端做:优点是简单,所有服务对于前台调用方透明,一般在小公司在云服务上部署的应用采用的比较多。

4、这么多服务,服务挂了怎么办?

前面提到,Monolithic方式开发一个很大的风险是,把所有鸡蛋放在一个篮子里,一荣俱荣,一损俱损。而分布式最大的特性就是网络是不可靠的。通过微服务拆分能降低这个风险,不过如果没有特别的保障,结局肯定是噩梦。我们刚遇到一个线上故障就是一个很不起眼的SQL计数功能,在访问量上升时,导致数据库load彪高,影响了所在应用的性能,从而影响所有调用这个应用服务的前台应用。所以当我们的系统是由一系列的服务调用链组成的时候,我们必须确保任一环节出问题都不至于影响整体链路。相应的手段有很多:

  • 重试机制
  • 限流
  • 熔断机制
  • 负载均衡
  • 降级(本地缓存)

3、经典面试

1、分布式和微服务有什么区别?

分布式,就是将巨大的一个系统划分为多个模块,这一点和微服务是一样的,都是要把系统进行拆分,部署到不同机器上,因为一台机器可能承受不了这么大的访问压力,或者说要支撑这么大的访问压力需要采购一台性能超级好的服务器,其财务成本非常高,有这些预算完全可以采购很多台普通的服务器了,分布式系统各个模块通过接口进行数据交互,其实分布式也是一种微服务,因为都是把模块拆分变为独立的单元,提供接口来调用,那么它们本质的区别是什么?

它们的本质的区别体现在“目标”上, 何为目标,就是你采用分布式架构或者采用微服务架构,你最终是为了什么,要达到什么目的?

分布式架构的目标是什么? 就是访问量很大一台机器承受不了,或者是成本问题,不得不使用多台机器来完成服务的部署;

而微服务的目标是什么?只是让各个模块拆分开来,不会被互相影响,比如模块的升级或者出现BUG或者是重构等等都不要影响到其他模块,微服务它是可以在一台机器上部署;

但是:分布式也是微服务的一种,微服务也属于分布式;

2、微服务与Spring-Cloud的关系或区别?

微服务只是一种项目的架构方式、架构理念,或者说是一种概念,就如同我们的MVC架构一样, 那么Spring Cloud便是对这种架构方式的技术落地实现;

3、微服务一定要使用Spring Cloud吗?

微服务只是一种项目的架构方式、架构理念,所以任何技术都可以实现这种架构理念,只是微服务架构里面有很多问题需要我们去解决,比如:负载均衡,服务的注册与发现,服务调用,服务路由,服务熔断等等一系列问题,如果你自己从0开始实现微服务的架构理念,那头发都掉光了,所以Spring Cloud 帮我们做了这些事情,Spring Cloud将处理这些问题的的技术全部打包好了,我们只需要开箱即用;


对于微服务的文章,可参考: