張峰

摘 要：微服務是近兩年流行起來的最優(yōu)秀的web系統(tǒng)架構。文章由分析架構演變到引出微服務架構的內容、優(yōu)點和架構設計的最佳實踐等，得出微服務未來必然有很好的發(fā)展結論。

關鍵詞：微服務；軟件架構；敏捷；Spring Cloud

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0048-02

1 概述

隨著互聯(lián)網越來越深入人們生活，web系統(tǒng)在人們生活中有著舉足輕重的地位。web技術正以前所未有的速度發(fā)生著巨大變革，服務端技術微服務架構+虛擬化已經興起。本文從web系統(tǒng)架構演變入手，討論興起的微服務技術和相關的架構及開源項目。討論適合小團隊的微服務開發(fā)架構體系，分析微服務技術應用系統(tǒng)的趨勢。

2 web系統(tǒng)架構演變

web系統(tǒng)最早出現(xiàn)在1980萬維網的發(fā)明者蒂姆·伯納斯-李（Tim Berners-Lee）設計的ENQUIRE項目上。從此web技術經歷了幾次改變。從網絡結構和軟件架構上看，web系統(tǒng)架構粗略經歷了以下階段：

第一階段單機構建模式。最早的軟件開發(fā)基本上是C/S即客戶端服務器模式。單機構建模式即一臺服務器承擔所有訪問請求和數(shù)據計算任務。這通常受單臺服務器計算能力和IO瓶頸的制約。但這個階段已經形成了應用系統(tǒng)和數(shù)據庫系統(tǒng)兩部分的工作模式，這個模式通常在小規(guī)模企業(yè)及單店規(guī)模適用。

第二階段應用與數(shù)據庫服務器分離。以Oracle數(shù)據庫為代表的DBMS系統(tǒng)規(guī)模越來越大，消耗系統(tǒng)資源越來越多。于是應用系統(tǒng)和數(shù)據庫系統(tǒng)分離為各自部署到獨立的服務器中。兩臺硬件服務器之間的網絡連接要可靠、快速、容錯。這個階段還增加了頁面緩存、頁面片段緩存、數(shù)據內存緩存等在應用服務器和數(shù)據庫之間。

第三階段應用服務器集群。隨著web系統(tǒng)訪問量逐步增高，應用服務器計算資源逐步耗盡，只有增加應用系統(tǒng)的服務器才能解決。隨著獨立計算資源的擴展，他們之間的協(xié)調帶來了好多問題。Oracle從10g通過CRS開始支持集群。解決了的用戶訪問壓力，但需要做的就是硬件的投入。

第四階段微服務架構與虛擬化?，F(xiàn)在以亞馬遜為代表的大量的微服務架構應用系統(tǒng)開始呈現(xiàn)高速的發(fā)展趨勢。服務化架構的演進也經歷了幾個階段：MVC、RPC、SOA，現(xiàn)在到了微服務。近年來微服務成為大規(guī)模、高服務質量web系統(tǒng)解決方案之一。

3 微服務基礎理論和基礎架構選型

微服務一詞來源于一篇著名的博文Microservices，作者是Martin Fowler。是一種軟件設計風格，每個服務都獨立存儲數(shù)據、獨立按業(yè)務功能模塊開發(fā)、測試及部署，系統(tǒng)間通過通信協(xié)議關聯(lián)起來組成完整的應用系統(tǒng)。通常服務之間的通信協(xié)議采用RESTful API，也是高并發(fā)大型應用系統(tǒng)的必然發(fā)展結果。拆分單體所面臨的問題增加很多，為解決這些問題在微服務理論框架下引申出非常多的概念，下面以不同角度認識微服務架構體系。

首先，微服務的九大特性[1]。Martion Fowler在Microservices一文中提煉出，這是了解微服務的最重要內容。

服務組件化：微服務的對立面就是單體結構，將單體拆分后組件化。

按業(yè)務組織團隊：微服務化后每一個或一個可用域可以是一個團隊開發(fā)。

做“產品”的態(tài)度：軟件工程項目需要反復調優(yōu)不斷優(yōu)化以適應業(yè)務彈性的環(huán)境。

智能端點與啞管道（Smart endpoints and dumb pipes）：單體的內部模塊調用常用的是函數(shù)調用和RPC方式，而微服務是更粗粒度的通信協(xié)議建立關系。

去中心化治理：微服務采用分散的管理方式，每個微服務團隊內部有充分自由自組織技術棧。

去中心化管理數(shù)據：數(shù)據庫可以分散到各個微服務中去，同時被透明化不可以被訪問。所以徹底的微服務化所有的信息傳遞只有微服務接口一個通道。

基礎設施自動化：當服務數(shù)量快速增加軟件開發(fā)要保持快速迭代必須要做到自動化，另外近兩年DevOps在大陸也逐漸獲得廣泛認可，這是微服務化重要保證。

容錯設計：服務間調用允許出錯，在此方面必須表現(xiàn)出彈性。

演進式設計：沒有完美的程序，在軟件的生命周期中把這當成必然并支持不斷演進式設計開發(fā)，不斷完善而非一次完成。

其次，微服務架構技術選型。當前比較流行的微服務架構技術體系有三種：Dubbo；Spring Cloud：Spring Cloud為開發(fā)人員提供了快速構建分布式系統(tǒng)中一些常見模式的工具[2]（例如配置管理，服務發(fā)現(xiàn)，斷路器，智能路由，微代理，控制總線）；Netflix的Karyon/Ribbon。幾年前Netflix就把它的幾乎整個微服務框架棧開源，Spring將其吸收進Spring cloud中。所以基本上是兩種阿里的Dubbo和Spring Cloud。建議采用Spring cloud，這是目前比較受認可的微服務架構技術主流。

第三，Spring cloud開發(fā)基礎構件介紹。Spring boot：是Pivotal團隊開發(fā)的能夠簡化便利地使用Spring創(chuàng)建和開發(fā)應用的框架[3]，它是Spring cloud的基礎。Spring MVC、H5、Bootstrap：這些是web展現(xiàn)層和控制層框架，雖然同類技術很多但這些逐漸占據主流。JPA、Spring data：這是推薦使用的數(shù)據持久層框架，在持久層使用Spring data技術實現(xiàn)JPA，引擎通常使用Hibernate。Docker、K8S：Docker是一個開源的應用容器引擎，讓開發(fā)者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發(fā)布到任何流行的Linux機器上。通常一個Docker包含一個服務。k8s是Google的Kubernetes，在Docker技術的基礎上，為容器化的應用提供部署運行、資源調度、服務發(fā)現(xiàn)和動態(tài)伸縮等一系列完整功能。微服務正是由于容器技術的突破才迅速發(fā)展起來。Mysql、Redis：Mysql是開源數(shù)據庫，但其在互聯(lián)網的表現(xiàn)非常優(yōu)秀，因為其小巧靈活常被部署到Docker中。Redis是一個key-value存儲系統(tǒng)，和Memcached類似。

第四，微服務應用六大關鍵技術。完整的微服務架構包含很多的功能點，如果選出最為關鍵的幾項而且忽略掉常見的一般單體系統(tǒng)也具有的關鍵技術，應該是以下六點：服務注冊和發(fā)現(xiàn)、負載均衡、斷路保護、微服務網關、分布式/版本化配置、消息驅動和總線。在微服務架構體系中還有很多關鍵技術和相應的實現(xiàn)組件，數(shù)量之多常常讓人覺得難以學習，微服務化的道路不簡單。

4 大型網站的微服務架構設計

首先，微服務化設計方式：需要對業(yè)務進行拆分，要做好微服務的分層，要分布式的部署和調用。其次功能完整性和職責單一性。第三是迭代演進不要想著一次成功。最后是接口API的版本優(yōu)先考慮兼容性。

其次，業(yè)務模型設計。微服務業(yè)務開發(fā)三個難題-拆分、事務、查詢，其中業(yè)務拆分受架構本身和人的因素兩方面影響。在業(yè)務模塊拆分上可以采用以下方式?？傮w上分表現(xiàn)層、業(yè)務服務層、公共服務層、服務監(jiān)控與治理層、實體和接口層和資源層。發(fā)布上可以采用多種協(xié)議，建議是RESTful API的形式。資源層是數(shù)據庫、Redis、File system、cache等。

第三，技術模型設計和物理結構。在spring cloud 的解決方案中主要組件部署關系是瀏覽器訪問API網關，通過客戶端負載均衡到達服務組件，服務組件在此之前就向治理中心和配置中心關聯(lián)好，Kibana是一個為 Logstash和ElasticSearch提供的日志分析的 Web接口?？墒褂盟鼘θ罩具M行高效的搜索、可視化、分析等各種操作。物理上所有的服務都可以部署到Docker上，而Docker由K8S來管理。整個開發(fā)部署環(huán)節(jié)按DveOps執(zhí)行。這樣形成了物理的服務器變成一種計算資源可以按需求由K8S隨意調配，而Docker 可以利用registry搭建本地私有倉庫，實現(xiàn)了Docker部署的靈活性和安全性。同時使用Jenkins+Maven+Git搭建持續(xù)集成和自動化部署的環(huán)境。

5 微服務架構下的團隊協(xié)作

微服務帶來的便捷的同時我們也經常聽到一句話“微服務不是免費的午餐”，同時敏捷開發(fā)也常見到項目失敗的案例。如何提高團隊應對微服務挑戰(zhàn)的成熟度，對于一個計劃實施微服務的團隊提出一些建議。

梳理最后一公里和運維的需求。包括基礎環(huán)境的準備、部署發(fā)布、運營監(jiān)控?；A環(huán)境的準備要求能快速響應需求到新功能自動更新，推薦基礎設施及代碼的實踐，考慮構建團隊DevOps能力，以實現(xiàn)小步快跑的持續(xù)迭代能力。為服務架構最大的挑戰(zhàn)是微服務數(shù)量龐大，能夠快速部署上線對團隊的能力提出很高的要求，建議分離生產環(huán)境、預發(fā)布環(huán)境和測試環(huán)境。流水線部署，自動化腳本實現(xiàn)快速部署、配置管理、版本管理等，并相應改進微服務化后的獎勵機制都是微服務架構下團隊協(xié)作的重要保障。

6 微服務架構應用發(fā)展的展望

微服務架構目前在國外被很多大互聯(lián)網公司采用[4]，如

Google、Twitter， Netflix， Amazon， eBay等。國內采用微服務架構的有淘寶、京東、微博、微信等。微服務會有很大的發(fā)展，但同時也要看到微服務架構的一些缺點。如，微服務架構可能帶來過多的操作；DevOps是必須的；可能需要付出更多努力；分布式系統(tǒng)可能復雜難以管理；因為分布部署跟蹤問題難；當服務數(shù)量增加，管理復雜性增加。雖然有這些缺點，當前微服務架構仍是大型網站架構體系發(fā)展的趨勢，這些問題也會隨著社區(qū)和大公司的努力逐。

參考文獻：

[1]ChrisRichardson，“Microservices Architecture”[EB/OL].http：//microservices.io/patterns/microservices.html

[2]張晶，王琰潔，黃小鋒.一種微服務框架的實現(xiàn)[J].計算機系統(tǒng)應用，2017（04）：82-86.

[3]蔣勇.基于微服務架構的基礎設施設計[J].軟件，2016（05）：93-97.

[4]鄧杰文，曹彩鳳.微服務若干關鍵問題研究[J].五邑大學學報（自然科學版），2016（02）：49-54.