摘要：如何快速搭建一個微服務架構上圖異步通信方式通常異步的生產(chǎn)者消費者模式，通過等異步消息通訊協(xié)議規(guī)范。數(shù)據(jù)的去中心化，進一步降低了微服務之間的耦合度，不同服務可以采用不同的數(shù)據(jù)庫技術等。

什么是微服務？

微服務(Microservices Architecture)是一種架構風格，一個大型復雜軟件應用由一個或多個微服務組成。系統(tǒng)中的各個微服務可被獨立部署，各個微服務之間是松耦合的。每個微服務僅關注于完成一件任務并很好地完成該任務。在所有情況下，每個任務代表著一個小的業(yè)務能力。

微服務的概念源于2014年3月Martin Fowler所寫的文章“Microservices” martinfowler.com/articles/mi…

單體架構(Monolithic Architecture )

企業(yè)級的應用一般都會面臨各種各樣的業(yè)務需求，而常見的方式是把大量功能堆積到同一個單體架構中去。比如：常見的ERP、CRM等系統(tǒng)都以單體架構的方式運行，同時由于提供了大量的業(yè)務功能，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。

這種架構模式就是把應用整體打包部署，具體的樣式依賴本身應用采用的語言，如果采用java語言，自然你會打包成war包，部署在Tomcat或者Jetty這樣的應用服務器上，如果你使用spring boot還可以打包成jar包部署。其他還有Rails和Node.js應用以目錄層次的形式打包

上圖：單體架構

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

多數(shù)情況下，SOA的服務直接相互獨立，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應用）。和單體架構類似，隨著業(yè)務功能的增多SOA的服務會變得越來越復雜，本質上看沒有因為使用SOA而變的更好。圖1，是一個包含多種服務的在線零售網(wǎng)站，所有的服務部署在一個運行環(huán)境中，是一個典型的單體架構。

單體架構的應用一般有以下特點：

設計、開發(fā)、部署為一個多帶帶的單元。

會變得越來越復雜，最后導致維護、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用

水平擴展：必須以應用為單位進行擴展，在資源需求有沖突時擴展變得比較困難（部分服務需要更多的計算資源，部分需要更多內存資源）

可用性：一個服務的不穩(wěn)定會導致整個應用出問題

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

運維困難：變更或升級的影響分析困難，任何一個小修改都可能導致單體應用整體運行出現(xiàn)故障。

微服務架構（Microservices Architecture）

微服務架構的核心思想是，一個應用是由多個小的、相互獨立的、微服務組成，這些服務運行在自己的進程中，開發(fā)和發(fā)布都沒有依賴。不同服務通過一些輕量級交互機制來通信，例如 RPC、HTTP 等，服務可獨立擴展伸縮，每個服務定義了明確的邊界，不同的服務甚至可以采用不同的編程語言來實現(xiàn)，由獨立的團隊來維護。簡單的來說，一個系統(tǒng)的不同模塊轉變成不同的服務！而且服務可以使用不同的技術加以實現(xiàn)！

上圖：微服務架構

微服務設計

那我們在微服務中應該怎樣設計呢。以下是微服務的設計指南：

職責單一原則（Single Responsibility Principle）：把某一個微服務的功能聚焦在特定業(yè)務或者有限的范圍內會有助于敏捷開發(fā)和服務的發(fā)布。

設計階段就需要把業(yè)務范圍進行界定。

需要關心微服務的業(yè)務范圍，而不是服務的數(shù)量和規(guī)模盡量小。數(shù)量和規(guī)模需要依照業(yè)務功能而定。

于SOA不同，某個微服務的功能、操作和消息協(xié)議盡量簡單。

項目初期把服務的范圍制定相對寬泛，隨著深入，進一步重構服務，細分微服務是個很好的做法。

微服務消息

在單體架構中，不同功能之間通信通過方法調用，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。這種web服務的功能和消息體定義都十分復雜，微服務需要更輕量的機制。

同步消息 REST

同步消息就是客戶端需要保持等待，直到服務器返回應答。REST是微服務中默認的同步消息方式，它提供了基于HTTP協(xié)議和資源API風格的簡單消息格式，多數(shù)微服務都采用這種方式（每個功能代表了一個資源和對應的操作）

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應答，有應到后會得到通知。某些微服務需要用到異步消息，一般采用AMQP, STOMP, MQTT 這三種通訊協(xié)議

消息格式 – JSON, XML, Thrift, ProtoBuf, Avro

消息格式是微服務中另外一個很重要的因素。SOA的web服務一般采用文本消息，基于復雜的消息格式（SOAP）和消息定義（xsd）。微服務采用簡單的文本協(xié)議JSON和XML，基于HTTP的資源API風格。如果需要二進制，通過用到Thrift, ProtoBuf, Avro。

服務約定 – 定義接口 – Swagger, RAML, Thrift IDL

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

REST設計的微服務，通常采用Swagger和RAML定義約定。

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

微服務集成 (服務間通信)

大部分微服務基于RPC、HTTP、JSON這樣的標準協(xié)議，集成不同標準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，有路由功能，沒有復雜的業(yè)務邏輯。下面就介紹幾種常見的架構方式。

點對點方式

點對點方式中，服務之間直接用。每個微服務都開放REST API，并且調用其它微服務的接口。

上圖：通過點對點方式通信

很明顯，在比較簡單的微服務應用場景下，這種方式還可行，隨著應用復雜度的提升，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。

API-網(wǎng)關方式

API網(wǎng)關方式的核心要點是，所有的客戶端和消費端都通過統(tǒng)一的網(wǎng)關接入微服務，在網(wǎng)關層處理所有的非業(yè)務功能個。通常，網(wǎng)關也是提供REST/HTTP的訪問API。服務端通過API-GW注冊和管理服務。

上圖：通過API-網(wǎng)關暴露微服務

所有的業(yè)務接口通過API網(wǎng)關暴露，是所有客戶端接口的唯一入口。微服務之間的通信也通過API網(wǎng)關。

采用網(wǎng)關方式有如下優(yōu)勢：

有能力為微服務接口提供網(wǎng)關層次的抽象。比如：微服務的接口可以各種各樣，在網(wǎng)關層，可以對外暴露統(tǒng)一的規(guī)范接口。

輕量的消息路由、格式轉換。

統(tǒng)一控制安全、監(jiān)控、限流等非業(yè)務功能。

每個微服務會變得更加輕量，非業(yè)務功能個都在網(wǎng)關層統(tǒng)一處理，微服務只需要關注業(yè)務邏輯

目前，API網(wǎng)關方式應該是微服務架構中應用最廣泛的設計模式。

消息代理方式

微服務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可以從隊列或者主題共獲取消息。通過消息中間件把服務之間的直接調用解耦。

如何快速搭建一個微服務架構
上圖：異步通信方式

通常異步的生產(chǎn)者/消費者模式，通過AMQP, STOMP, MQTT 等異步消息通訊協(xié)議規(guī)范。

數(shù)據(jù)的去中心化

單體架構中，不同功能的服務模塊都把數(shù)據(jù)存儲在某個中心數(shù)據(jù)庫中。

每個微服務有自己私有的數(shù)據(jù)庫，其它微服務不能直接訪問。單體架構，用一個數(shù)據(jù)庫存儲所有數(shù)據(jù)

微服務方式，多個服務之間的設計相互獨立，數(shù)據(jù)也應該相互獨立（比如，某個微服務的數(shù)據(jù)庫結構定義方式改變，可能會中斷其它服務）。因此，每個微服務都應該有自己的數(shù)據(jù)庫。

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

數(shù)據(jù)去中心話的核心要點：

每個微服務有自己私有的數(shù)據(jù)庫持久化業(yè)務數(shù)據(jù)

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

某些業(yè)務場景下，需要在一個事務中更新多個數(shù)據(jù)庫。這種情況也不能直接訪問其它微服務的數(shù)據(jù)庫，而是通過對于微服務進行操作。

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

微服務架構的優(yōu)點：

每個服務都比較簡單，只關注于一個業(yè)務功能。

微服務架構方式是松耦合的，可以提供更高的靈活性。

微服務可通過最佳及最合適的不同的編程語言與工具進行開發(fā)，能夠做到有的放矢地解決針對性問題。

每個微服務可由不同團隊獨立開發(fā)，互不影響，加快推出市場的速度。

微服務架構是持續(xù)交付(CD)的巨大推動力，允許在頻繁發(fā)布不同服務的同時保持系統(tǒng)其他部分的可用性和穩(wěn)定性。

微服務架構的缺點：

微服務的一些想法在實踐上是好的，但當整體實現(xiàn)時也會呈現(xiàn)出其復雜性。

運維開銷及成本增加：整體應用可能只需部署至一小片應用服務區(qū)集群，而微服務架構可能變成需要構建/測試/部署/運行數(shù)十個獨立的服務，并可能需要支持多種語言和環(huán)境。這導致一個整體式系統(tǒng)如果由20個微服務組成，可能需要40~60個進程。

必須有堅實的DevOps開發(fā)運維一體化技能：開發(fā)人員需要熟知運維與投產(chǎn)環(huán)境，開發(fā)人員也需要掌握必要的數(shù)據(jù)存儲技術如NoSQL，具有較強DevOps技能的人員比較稀缺，會帶來招聘人才方面的挑戰(zhàn)。

隱式接口及接口匹配問題：把系統(tǒng)分為多個協(xié)作組件后會產(chǎn)生新的接口，這意味著簡單的交叉變化可能需要改變許多組件，并需協(xié)調一起發(fā)布。在實際環(huán)境中，一個新品發(fā)布可能被迫同時發(fā)布大量服務，由于集成點的大量增加，微服務架構會有更高的發(fā)布風險。

代碼重復：某些底層功能需要被多個服務所用，為了避免將“同步耦合引入到系統(tǒng)中”，有時需要向不同服務添加一些代碼，這就會導致代碼重復。

分布式系統(tǒng)的復雜性：作為一種分布式系統(tǒng)，微服務引入了復雜性和其他若干問題，例如網(wǎng)絡延遲、容錯性、消息序列化、不可靠的網(wǎng)絡、異步機制、版本化、差異化的工作負載等，開發(fā)人員需要考慮以上的分布式系統(tǒng)問題。

異步機制：微服務往往使用異步編程、消息與并行機制，如果應用存在跨微服務的事務性處理，事務的實現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性，其實現(xiàn)機制會變得復雜化。

可測性的挑戰(zhàn)：在動態(tài)環(huán)境下服務間的交互會產(chǎn)生非常微妙的行為，難以可視化及全面測試。經(jīng)典微服務往往不太重視測試，更多的是通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的異常，進而快速回滾或采取其他必要的行動。但對于特別在意風險規(guī)避監(jiān)管或投產(chǎn)環(huán)境錯誤會產(chǎn)生顯著影響的場景下需要特別注意。

關于微服務架構的取舍

在合適的項目，合適的團隊，采用微服務架構收益會大于成本。

微服務架構有很多吸引人的地方，但在擁抱微服務之前，也需要認清它所帶來的挑戰(zhàn)。

需要避免為了“微服務”而“微服務”。

微服務架構引入策略 – 對傳統(tǒng)企業(yè)而言，開始時可以考慮引入部分合適的微服務架構原則對已有系統(tǒng)進行改造或新建微服務應用，逐步探索及積累微服務架構經(jīng)驗，而非全盤實施微服務架構。