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單體架構(gòu)(Monolithic Architecture )

企業(yè)級的應(yīng)用一般都會面臨各種各樣的業(yè)務(wù)需求，而常見的方式是把大量功能堆積到同一個單體架構(gòu)中去。比如：常見的ERP、CRM等系統(tǒng)都以單體架構(gòu)的方式運行，同時由于提供了大量的業(yè)務(wù)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(gòu)的初期效率很高，應(yīng)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(yīng)用會變成了一個巨大的怪物。

圖1：單體架構(gòu)

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

多數(shù)情況下，SOA的服務(wù)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(yīng)用）。和單體架構(gòu)類似，隨著業(yè)務(wù)功能的增多SOA的服務(wù)會變得越來越復(fù)雜，本質(zhì)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(wù)的在線零售網(wǎng)站，所有的服務(wù)部署在一個運行環(huán)境中，是一個典型的單體架構(gòu)。

單體架構(gòu)的應(yīng)用一般有以下特點：

• 設(shè)計、開發(fā)、部署為一個單獨的單元。

• 會變得越來越復(fù)雜，最后導(dǎo)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(yīng)用

• 水平擴展：必須以應(yīng)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(wù)需要更多的計算資源，部分需要更多內(nèi)存資源）

• 可用性：一個服務(wù)的不穩(wěn)定會導(dǎo)致整個應(yīng)用出問題

• 創(chuàng)新困難：很難引入新的技術(shù)和框架，所有的功能都構(gòu)建在同質(zhì)的框架之上

微服務(wù)架構(gòu)（Microservices Architecture）

微服務(wù)架構(gòu)的核心思想是，一個應(yīng)用是由多個小的、相互獨立的、微服務(wù)組成，這些服務(wù)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(wù)的定義是，把本來運行在單體架構(gòu)中的服務(wù)拆分成相互獨立的服務(wù)，并運行在各自的進程中。在我看來，不僅如此。最關(guān)鍵的地方在于，不同的服務(wù)能依據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建的不同的技術(shù)架構(gòu)之上，并且聚焦在有限的業(yè)務(wù)功能之上。

因此，在線零售網(wǎng)站可以用圖2的微服務(wù)架構(gòu)來簡單概括?；跇I(yè)務(wù)需求，需要增加一個賬戶服務(wù)微服務(wù)，因此構(gòu)建微服務(wù)絕不是在單體架構(gòu)中把服務(wù)拆分開這么簡單。

圖2：微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)設(shè)計：規(guī)模、范圍、業(yè)務(wù)功能

你可能從零開始用微服務(wù)來構(gòu)建應(yīng)用，也可能重構(gòu)現(xiàn)有系統(tǒng)，確定微服務(wù)的規(guī)模，范圍和功能都特別重要。讓我們討論一些有關(guān)微服務(wù)設(shè)計的關(guān)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(wù)往盡量小的顆粒度去做

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

那我們在微服務(wù)中應(yīng)該怎樣設(shè)計呢。以下是微服務(wù)的設(shè)計指南：

• 職責(zé)單一原則（Single ResponsibilityPrinciple）：把某一個微服務(wù)的功能聚焦在特定業(yè)務(wù)或者有限的范圍內(nèi)會有助于敏捷開發(fā)和服務(wù)的發(fā)布。

• 設(shè)計階段就需要把業(yè)務(wù)范圍進行界定。

• 需要關(guān)心微服務(wù)的業(yè)務(wù)范圍，而不是服務(wù)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(wù)功能而定。

• 于SOA不同，某個微服務(wù)的功能、操作和消息協(xié)議盡量簡單。

• 項目初期把服務(wù)的范圍制定相對寬泛，隨著深入，進一步重構(gòu)服務(wù)，細(xì)分微服務(wù)是個很好的做法。

微服務(wù)消息

在單體架構(gòu)中，不同功能之間通信通過方法調(diào)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(wù)。這種web服務(wù)的功能和消息體定義都十分復(fù)雜，微服務(wù)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(wù)器返回應(yīng)答。REST是微服務(wù)中默認(rèn)的同步消息方式，它提供了基于HTTP協(xié)議和資源API風(fēng)格的簡單消息格式，多數(shù)微服務(wù)都采用這種方式（每個功能代表了一個資源和對應(yīng)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(wù)，支持可擴展的跨語言服務(wù)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(wù)，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(wù)

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(wù)應(yīng)答，有應(yīng)到后會得到通知。某些微服務(wù)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(wù)中另外一個很重要的因素。SOA的web服務(wù)一般采用文本消息，基于復(fù)雜的消息格式（SOAP）和消息定義（xsd）。微服務(wù)采用簡單的文本協(xié)議JSON和XML，基于HTTP的資源API風(fēng)格。如果需要二進制，通過用到Thrift, ProtoBuf, Avro。

服務(wù)約定 – 定義接口 – Swagger, RAML, Thrift IDL

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

REST設(shè)計的微服務(wù)，通常采用Swagger和RAML定義約定。

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

微服務(wù)集成 (服務(wù)間通信)

微服務(wù)架構(gòu)下，應(yīng)用的服務(wù)直接相互獨立。在一個具體的商業(yè)應(yīng)用中，需要有些機制支持微服務(wù)之間通信。因此服務(wù)間的通信機制特別重要。

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

大部分微服務(wù)基于HTTP、JSON這樣的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，集成不同標(biāo)準(zhǔn)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(guān)，有路由功能，沒有復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。下面就介紹幾種常見的架構(gòu)方式。

點對點方式 – 直接調(diào)用服務(wù)

點對點方式中，服務(wù)之間直接用。每個微服務(wù)都開放REST API，并且調(diào)用其它微服務(wù)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(wù)應(yīng)用場景下，這種方式還可行，隨著應(yīng)用復(fù)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(quán)、限制、監(jiān)控，需要在每個微服務(wù)中進行實現(xiàn)

• 隨著功能的演進，服務(wù)會變得越來越復(fù)雜。

• 不同的服務(wù)直接，客戶端和服務(wù)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(shè)計中，一般是反面典型。

因此，如果設(shè)計一個大型的微服務(wù)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(wù)功能的抽象。這就是API網(wǎng)關(guān)方式。

API-網(wǎng)關(guān)方式

API網(wǎng)關(guān)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(guān)接入微服務(wù)，在網(wǎng)關(guān)層處理所有的非業(yè)務(wù)功能個。通常，網(wǎng)關(guān)也是提供REST/HTTP的訪問API。服務(wù)端通過API-GW注冊和管理服務(wù)。

圖5：通過API-網(wǎng)關(guān)暴露微服務(wù)

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

采用網(wǎng)關(guān)方式有如下優(yōu)勢：

• 有能力為微服務(wù)接口提供網(wǎng)關(guān)層次的抽象。比如：微服務(wù)的接口可以各種各樣，在網(wǎng)關(guān)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(zhuǎn)換。

• 統(tǒng)一控制安全、監(jiān)控、限流等非業(yè)務(wù)功能。

• 每個微服務(wù)會變得更加輕量，非業(yè)務(wù)功能個都在網(wǎng)關(guān)層統(tǒng)一處理，微服務(wù)只需要關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯

目前，API網(wǎng)關(guān)方式應(yīng)該是微服務(wù)架構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的設(shè)計模式。

消息代理方式

微服務(wù)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(wù)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(wù)可以從隊列或者主題共獲取消息。通過消息中間件把服務(wù)之間的直接調(diào)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(gòu)中，不同功能的服務(wù)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(gòu)，用一個數(shù)據(jù)庫存儲所有數(shù)據(jù)

微服務(wù)方式，多個服務(wù)之間的設(shè)計相互獨立，數(shù)據(jù)也應(yīng)該相互獨立（比如，某個微服務(wù)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義方式改變，可能會中斷其它服務(wù)）。因此，每個微服務(wù)都應(yīng)該有自己的數(shù)據(jù)庫。

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

數(shù)據(jù)去中心話的核心要點：

• 每個微服務(wù)有自己私有的數(shù)據(jù)庫持久化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

• 每個微服務(wù)只能訪問自己的數(shù)據(jù)庫，而不能訪問其它服務(wù)的數(shù)據(jù)庫

• 某些業(yè)務(wù)場景下，需要在一個事務(wù)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(wù)的數(shù)據(jù)庫，而是通過對于微服務(wù)進行操作。

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

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