微服务架构

微服务架构是由很多小而自治的微服务组合而成，每个服务都提供一套独立自洽的业务能力。从应用的层面，我们首先对业务进行建模，业务域定义的边界也自然而然作为每个微服务的职能边界。

什么是微服务？

微服务的定义比较直白，但只有理解它的设计理念和原则，才能真正用好它。从单个服务/服务间关系来看，有以下特征：

• 微服务通常很小、提供很少但独立的功能，服务间耦合度很低。一个很小的研发团队就可以开发和维护一个微服务。
• 每个服务都是一个单独的代码库，可以由一个很小的研发团队来管理。
• 服务可以独立部署，而不需要重新构建和部署整个应用。
• 每个服务负责维护自己的数据和状态，数据所有权归本服务所有，其他服务必须通过该服务访问数据和状态。
• 服务之间通过定义好的API进行通信，对外隐藏API的内部实现细节。
• 支持多语言编程，不同服务可以使用独立的技术栈进行开发，自由选择编程语言、框架和库。

如果从更全局的视角来看，微服务架构还必须下面几个组件：

• 服务管理和编排。该组件负责把服务部署在物理机/虚拟机节点上、做失败检查、在多个节点上负责对服务的多个实例做负载均衡等。我们通常可以使用现成的开源技术来充当这个组件，比如k8s。
• API Gateway。API Gateway给所有Client提供了访问入口。Client通常不会直接访问提供业务支持的服务，而是调用API Gateway，由Gateway负责把请求转发给后端对应的服务。

使用 API Gateway 有很多优势：

• 解耦Client和服务，我们可以单独对服务进行更新或重构，client端可能不需要更新甚至不需要感知。
• 服务间通信可以使用更灵活的方式，比如不走HTTP协议，而是走rpc等二进制协议、消息队列等，某些超大数据量的场景甚至会走p2p协议。
• API Gateway可以承担一些跨业务的职能，比如权限认证、日志、SSL校验、负载均衡等。
• API Gateway一般会提供一些开箱即用的能力，比如限流、缓存、请求篡改、权限校验等。

架构优势

• 支持敏捷迭代。由于微服务可以独立部署，所以修复bug和上线新特性也更容易。你可以独立更新特定的服务，而不是重新部署整个应用，如果更新出现问题，也支持快速回滚。在传统应用中，一旦在应用的某个环节发现问题，整个发布流程都要被阻塞。新特性也可以等着bug修复后再去测试和发布。
• 小而专的研发团队。微服务可以很小，小到一个独立的小团队iu可以构建、测试和阿布。小团队非常适合推行敏捷迭代流程。往往大型团队的生产力更弱一些，因为沟通满，管理成本上升，由此也不适合再推行敏捷迭代。
• 代码库小。在大型单体应用中，随着时间推移，代码依赖越来越复杂。增加新特性意味着要改很多地方的代码。由于不共享代码和数据，微服务架构将依赖最小化，部署新特性也更容易。
• 可以融合使用多种技术。团队成员可以选择最适合服务的技术，并在适当的情况下混合使用多个技术栈。
• 故障隔离。如果一个特定的微服务挂掉了，只要上游微服务在设计时考虑到容灾处理，通常不会影响整个应用的正常功能。比如，采用适当的熔断机制，或者服务间通信走异步消息队列。
• 架构扩展性好。每个服务都可以单独进行扩容，这样的话，我们就能独立扩容需要更多资源的子系统，而不是整个应用。使用K8s等对服务进行编排，我们可以把多个服务的实例部署在同一台机器上，以提高资源利用率。
• 原生支持服务间的数据隔离。如果要更新数据的schema，只有单个服务受到影响。在单体应用中，更新schema往往不太容易，因为应用的多个模块都会通过库依赖的形式访问数据，在更新时，很难追踪到所有使用的地方和使用方式，导致schema的迭代有很多未知的风险。

有哪些挑战

微服务的架构优势是有代价的，在采用微服务架构之前，我们要认识到未来可能面临的挑战：

• 架构复杂度高。相对于单体应用，微服务应用有很多可变的组件。每个服务都更简单了，但整个系统变得更复杂了。
• 开发和测试麻烦，尤其是集成测试。在实现一个微服务时，如果它依赖了其他服务，编写和测试过程都会比单体应用更复杂。现存的工具在设计时可能并未考虑到服务依赖。如果我们要对相互依赖的多个服务进行重构，难度也会比重构单体应用高。在测试时，涉及到服务依赖，需要单独维护多套与线上相似的测试环境。考虑到每个服务都有多个测试版本，迭代比较快时，很容易出问题。
• 互相独立的服务，很难做治理。由于微服务以区中心化的方式去构建各个服务，在服务治理上增加了额外的难度。最终整个应用中可能包含多个编程语言，使用了多种框架，开发人员可以更自由地选择小众的技术，导致后期维护成本反而更高。
• 容易产生网络拥塞和延迟。很多小且功能独立的服务需要通过API或消息队列继续频繁的通信。由于底层走网卡进行通信，对比单体架构的代码库依赖，网络通信的代价可能很高。当服务的依赖链很长时，比如 A调用B，B调用C，C调用...，额外的网络延迟会高到无法接受。所以在设计服务时，需要慎重考虑API的设计，应避免过度繁琐的API，考虑到编码格式（二进制协议优于文本协议），优先使用异步通信模式或消息队列模式；
• 跨服务的数据一致性问题。每个微服务负责自身的数据持久化，导致多个服务的数据可能存在不一致。通常我们使用最终一致性原则解决这些问题；
• 服务管理难度高。微服务架构的成功采用离不开成熟的DevOps文化。处理跨服务的日志追踪，尤其是一个用户操作触发整个链路的微服务调用，日志都要记录下来，并且在发生错误时，能够把整个调用链的日志拉取出来；
• 服务的发布版本管理。在更新服务时，不能对API做破坏性的更新，否则依赖它的服务可能会挂掉。由于多个开发团队在同一时间段可能都要对服务做更新，所以接口设计必须保持向前或向后兼容。一个典型的低级错误是：删除了API定义的某些字段，或修改了某些字段的业务含义；
• 要求研发团队懂分布式系统。微服务通常是分布式的，需要认真评估团队是否具备对应的能力和经验；

最佳实践

• 基于业务场景对服务进行建模；
• 尽量去中心化。每个团队都要负责设计和构建服务，避免分享代码或底层数据结构。
• 数据存储只允许单个服务访问，每个服务根据自己的业务需求设计选择存储方案和数据格式。
• 服务间通过设计良好的API进行通信，应尽量避免透露实现细节。API的定义应当基于业务场景进行设计，而不是根据内部的技术实现进行设计。
• 避免服务间的耦合。服务间耦合的原因通常是把数据库schema透传给外部，或通信协议弹性比较差。
• 将跨业务域的需求交给API Gateway来处理，比如身份认证、SSL验证。
• 保持API Gateway的纯粹性，不掺入业务逻辑。API Gateway只处理和转发client侧的请求，不感知任何业务逻辑。否则API Gateway将成为一个依赖，导致服务间的耦合。
• 服务间应该高内聚、低耦合。应该一起变化的逻辑应该被打包到一个服务里，统一部署。如果他们分散在不同的服务里，这些服务将高度耦合在一起，一个服务的更新也将连锁导致另一个服务的更新。两个服务间繁琐的通信是“高耦合低内聚”的体现。
• 故障隔离。应当采取一定的恢复策略，以避免一个服务的故障引发连锁反应。