Justin-刘清政的博客

python/分布式与微服务/3-微服务概念

2020-05-09

一 微服务概念

微服务架构是一种架构概念,旨在通过将功能分解到各个离散的服务中以实现对解决方案的解耦。它的主要作用是将功能分解到离散的各个服务当中,从而降低系统的耦合性,并提供更加灵活的服务支持。

概念

把一个大型的单个应用程序和服务拆分为数个甚至数十个的支持微服务,它可扩展单个组件而不是整个的应用程序堆栈,从而满足服务等级协议。

定义

围绕业务领域组件来创建应用,这些应用可独立地进行开发、管理和迭代。在分散的组件中使用云架构和平台式部署、管理和服务功能,使产品交付变得更加简单。

本质

用一些功能比较明确、业务比较精练的服务去解决更大、更实际的问题。

PS: 微服务这个概念是 2012 年出现的,作为加快 Web 和移动应用程序开发进程的一种方法,2014 年开始受到各方的关注,同年为微服务的元年;

三 微服务解决复杂问题

许多如 Amazon、 eBay 和 Netflix 这样的组织,已经采用现在所谓的微服务架构模式解决了这个问题,而不是构建一个臃肿的单体应用。它的思路是将应用程序分解成一套较小的互连服务。一个服务通常实现了一组不同的特性或功能,例如订单管理、客户管理等。每一个微服务都是一个迷你应用,它自己的六边形架构包括了业务逻辑以及多个适配器。

一些微服务会暴露一个供其他微服务或应用客户端消费的 API。其他微服务可能实现了一个 web UI。在运行时,每个实例通常是一个云虚拟机 (virtual machine, VM) 或者一个 Docker 容器。

例如,前面描述的系统可能分解成如下图(一个单体应用分解成微服务) 所示:

img

应用程序的每个功能区域现在都由自己的微服务实现。此外,Web 应用程序被划分为一组更简单的 Web 应用程序。例如,以我们的出租车为例,一个是乘客的应用,一个是司机的应用。这使得它更容易地为特定的用户、司机、设备或者专门的用例部署不同的场景。每个后端服务暴露一个 REST API,大部分服务消费的 API 由其他服务提供。例如, Driver Management 使用了 Notification 服务器来通知一个可用司机一个可选路程。UI 服务调用了其他服务来渲染页面。服务也可以使用异步、基于消息的通信。

一些 REST API 也暴露给移动端应用以供司机和乘客使用。然而,应用不能直接访问后端服务。相反,他们之间的通信是由一个称为 API 网关 (API Gateway) 的中介负责。 API 网关负责负载均衡、缓存、访问控制、 API 计量和监控, 可以通过使用 NGINX 来实现。

开发和交付中的伸缩立方:

img

微服务架构模式相当于此伸缩立方的 Y 轴坐标,此立方是一个来自《架构即未来》 的三维伸缩模型。另外两个坐标轴是由运行多个相同应用程序副本的负载均衡器组成的X 轴坐标和 Z 轴坐标(或数据分区) ,其中请求的属性(例如,一行记录的主键或者客户标识) 用于将请求路由到特定的服务器。

在运行时,X 坐标轴上运行着服务的多个实例,每个服务配合负载均衡器以满足吞吐量和可用性。某些应用程序也有可能使用 Z 坐标轴来进行分区服务。下图展示了如何用 Docker 将 Trip Management 服务部署到 Amazon EC2 上运行。

使用 Docker 部署 Trip Management 服务:

img

在运行时,Trip Management 服务由多个服务实例组成,每个服务实例是一个 Docker容器。为了实现高可用,容器是在多个云虚拟机上运行的。服务实例的之前是一个类似 NGINX 的负载均衡器,用于跨实例分发请求。负载均衡器也可以处理其他问题,如缓存、访问控制、API 度量和监控。

微服务架构模式明显影响到了应用程序与数据库之间的关系。与其他共享单个数据库模式 (schema) 服务有所不同, 其每一个服务都有自己的数据库模式。一方面,这种做法与企业级数据库数据模型的想法相背,此外,它经常导致部分数据冗余。然而,如果您想从微服务中受益,每一个服务都应该有自己的数据库模式。因为它能实现松耦合。下图展示了数据库架构示例应用程序。

每个服务都拥有各自的数据库。而且,服务可以使用一种最适合其需求、号称多语言持久架构 (polyglot persistence architecture ) 的数据库。例如,DriverManagement,要找到与潜在乘客接近的司机,就必须使用支持高效地理查询的数据库。

打车应用的数据库架构:

img

从表面上看,微服务架构模式类似于 SOA。微服务是由一组服务组成。然而,换另一种方式去思考微服务架构模式,它是没有商业化的 SOA,没有集成 Web 服务规范 (WS-) 和企业服务总线 (Enterprise Service Bus, ESB) 。基于微服务的应用支持更简单、轻量级的协议,例如,REST,而不是 WS-。他们也尽量避免使用 ESB,而是实现微服务本身具有类似 ESB 的功能。微服务架构也拒绝了 SOA 的其他部分,例如,数据访问规范模式概念。

四 微服务的优点

微服务架构模式有许多非常好的地方。

第一,它解决了复杂问题。它把可能会变得庞大的单体应用程序分解成一套服务。虽然功能数量不变,但是应用程序已经被分解成可管理的块或者服务。每个服务都有一个明确定义边界的方式,如远程过程调用(RPC)驱动或消息驱动 API。微服务架构模式强制一定程度的模块化,实际上,使用单体代码来实现是极其困难的。因此,使用微服务架构模式,个体服务能被更快地开发,并更容易理解与维护。

第二,这种架构使得每个服务都可以由一个团队独立专注开发。开发者可以自由选择任何符合服务 API 契约的技术。当然,更多的组织是希望通过技术选型限制来避免完全混乱的状态。然而,这种自由意味着开发人员不再有可能在这种自由的新项目开始时使用过时的技术。当编写一个新服务时,他们可以选择当前的技术。此外,由于服务较小,使用当前技术重写旧服务将变得更加可行。

第三,微服务架构模式可以实现每个微服务独立部署。开发人员根本不需要去协调部署本地变更到服务。这些变更一经测试即可立即部署。比如,UI 团队可以执行 A|B 测试,并快速迭代 UI 变更。微服务架构模式使得持续部署成为可能。

最后,微服务架构模式使得每个服务能够独立扩展。您可以仅部署满足每个服务的容量和可用性约束的实例数目。此外,您可以使用与服务资源要求最匹配的硬件。例如,您可以在 EC2 Compute Optimized 实例上部署一个 CPU 密集型图像处理服务,并且在 EC2 Memory-optimized 实例上部署一个内存数据库服务。

五 微服务缺点

就像 Fred Brooks 大约在 30 年前写的《人月神话》中说的,没有银弹。与其他技术一样,微服务架构模式也存在着缺点。其中一个缺点就是名称本身。微服务这个术语的重点过多偏向于服务的规模。事实上,有些开发者主张构建极细粒度的 10 至 100 LOC(代码行) 服务,虽然这对于小型服务可能比较好,但重要的是要记住,小型服务只是一种手段,而不是主要目标。微服务的目标在于充分分解应用程序以方便应用敏捷开发和部署。

微服务另一个主要缺点是由于微服务是一个分布式系统,其使得整体变得复杂。开发者需要选择和实现基于消息或者 RPC 的进程间通信机制。此外,由于目标请求可能很慢或者不可用,他们必须要编写代码来处理局部故障。虽然这些并不是很复杂、高深,但模块间通过语言级方法/过程调用相互调用,这比单体应用要复杂得多。

微服务的另一个挑战是分区数据库架构。更新多个业务实体的业务事务是相当普遍的。这些事务在单体应用中的实现显得微不足道,因为单体只存在一个单独的数据库。在基于微服务的应用程序中,您需要更新不同服务所用的数据库。通常不会选择分布式事务,不仅仅是因为 CAP 定理。他们根本不支持如今高度可扩展的 NoSQL 数据库和消息代理。您最后不得不使用基于最终一致性的方法,这对于开发人员来说更具挑战性。

测试微服务应用程序也很复杂。例如,使用现代框架如 Spring Boot,只需要编写一个测试类来启动一个单体 web 应用程序并测试其 REST API。相比之下,一个类似的测试类对于微服务来说需要启动该服务及其所依赖的所有服务,或者至少为这些服务配置存根。再次声明,虽然这不是一件高深的事情,但不要低估了这样做的复杂性。

微服务架构模式的另一个主要挑战是实现了跨越多服务变更。例如,我们假设您正在实现一个变更服务 A、服务 B 和 服务 C 的需求,其中 A 依赖于 B,且 B 依赖于 C。在单体应用程序中,您可以简单地修改相应的模块、整合变更并一次性部署他们。相反,在微服务中您需要仔细规划和协调出现的变更至每个服务。例如,您需要更新服务 C,然后更新服务 B,最后更新服务 A。幸运的是,大多数变更只会影响一个服务,需要协调的多服务变更相对较少。

部署基于微服务的应用程序也是相当复杂的。一个单体应用可以很容易地部署到基于传统负载均衡器的一组相同服务器上。每个应用程序实例都配置有基础设施服务的位置(主机和端口),比如数据库和消息代理。相比之下,微服务应用程序通常由大量的服务组成。例如,据 Adrian Cockcroft 了解到,Hailo 拥有 160 个不同的服务,Netflix 拥有的服务超过 600 个。

每个服务都有多个运行时实例。还有更多的移动部件需要配置、部署、扩展和监控。此外,您还需要实现服务发现机制,使得服务能够发现需要与之通信的任何其他服务的位置(主机和端口)。比较传统麻烦的基于票据(ticket-based)和手动的操作方式无法扩展到如此复杂程度。因此,要成功部署微服务应用程序,需要求开发人员能高度控制部署方式和高度自动化。

一种自动化方式是使用现成的平台即服务(PaaS),如 Cloud Foundry。PaaS 为开发人员提供了一种简单的方式来部署和管理他们的微服务。它让开发人员避开了诸如采购和配置 IT 资源等烦恼。同时,配置 PaaS 的系统人员和网络专业人员可以确保达到最佳实践以落实公司策略。

自动化微服务部署的另一个方式是开发自己的 PaaS。一个普遍的起点是使用集群方案,如 Kubernetes,与 Docker 等容器技术相结合。

六 小结

构建复杂的微服务应用程序本质上是困难的。单体架构模式只适用于简单、轻量级的应用程序,如果您使用它来构建复杂应用,您最终会陷入痛苦的境地。微服务架构模式是复杂、持续发展应用的一个更好的选择。尽管它存在着缺点和实现挑战。

使用支付宝打赏
使用微信打赏

点击上方按钮,请我喝杯咖啡!

扫描二维码,分享此文章