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
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
- 客户端如何访问这些服务?
- 服务之间如何通信?
- 这么多服务,怎么找?
- 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:
- 一篇文章快速了解微服务
- [微服务那点事](