微服务架构

0 引言

       微服务架构目前被广泛应用于各种系统的后台架构。微服务架构是什么？微服务架构有什么样的特点？微服务架构有怎样的前世今生？种种疑点等待我们去揭晓。

1 SOA^[1]

1.1 概念

       SOA的英文全称为Service-Oriented Architecture，意即面向服务的架构，顾名思义，SOA就是以“服务”为基本元素来组建企业IT架构。是Gartner（全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司）于2O世纪9O年代中期提出的面向服务架构的概念。2002年的12月，Gartner提出“面向服务的架构(SOA)”是“现代应用开发领域最重要的课题”之后。国内外计算机专家、学者掀起了对SOA的积极研究与探索。

       在技术层面上，SOA是一种“抽象的、松散耦合的粗粒度软件架构”；在业务层面上，SOA的核心概念是“重用”和“互操作”^[4]，它将企业的IT资源整合成可操作的、基于标准的服务，使其能被重新组合和应用。面向服务架构，从语义上说，它与面向过程、面向对象、面向组件一样，是一种软件组建及开发的方式。与以往的软件开发、架构模式一样，SOA只是一种体系、一种思想，而不是某种具体的软件产品。SOA要解决的主要问题是：快速构建与应用集成。SOA能够在实际应用中获得成功基于两个重要的因素：灵活性和业务相关性。这使得它成为解决企业业务发展需求与企业IT支持能力之间矛盾的最佳方案。

       SOA成功的第一个重要因素是“灵活性”。SOA是第一个考虑了企业业务发展长期性的IT架构，从本质上说，SOA是一组松耦合的服务，每一个服务的建立和替换都是相对简单的。与传统的紧耦合架构相比，松耦合架构更能适应业务的变化：在SOA中，可以用一个服务替换另一个服务而无须关心其底层的实现技术，唯一要考虑的就是服务接口。SOA还可以充分利用企业现有的IT资源，包括企业已有的应用和数据库。新系统可以通过将已有应用和数据融入SOA，而不是替换它们，来使其成为企业整体解决方案的一部分。这种方式最终将使企业的IT架构能够更快速、更有效地适应业务需求的变化。

       SOA成功的第二个重要因素是“业务相关性”。SOA与其他IT架构的最大区别在于它与业务的关联性。它是以“服务”为基本单元来组织IT资源，其中的每一项服务都可以完成实际业务流程中的一项任务。例如，您可以把一项服务叫做“打印发票”，它可能包含计算收入、查找相应税率、计算应缴税款、打印发票等一系列操作。这样一来，服务就与业务产生了密切的联系，业务人员也可以参与服务的创建并且用它们定义新的业务流程。

       SOA服务和Web服务之间的区别在于设计。SOA的概念中并没有明确定义服务具体如何交互，而仅仅定义了服务如何相互理解以及如何交互。这种区别也就是指导策略与具体方法之间的区别。而且，Web服务在需要交互的服务之间如何传递消息有具体的指导原则，具体实现Web服务的模型是通过HTTP传递的SOAP消息的模型。尽管目前Web服务是实现SOA的最好方式。但是SOA并不局限于Web服务。其他使用WSDL直接实现服务接口并且通过XML消息进行通信的协议也可以包括在SOA之中。

       因此，从本质上说，Web服务只是实现SOA的具体方式之一。随着技术的发展，完全可能会出现替代Web服务的新技术新方法，利用它们能够更好的实现SOA。

1.2 面向服务架构的元素

• 服务使用者：服务使用者是一个应用程序、一个软件模块或需要一个服务的另一个服务。它发起对注册中心中的服务的查询，通过传输绑定服务，并且执行服务功能。服务使用者根据接口契约来执行服务。

• 服务提供者：服务提供者是一个可通过网络寻址的实体，它接受和执行来自使用者的请求。它将自己的服务和接口契约发布到服务注册中心，以便服务使用者可以发现和访问该服务。

• 服务注册中心：服务注册中心是服务发现的支持者。它包含一个可用服务的存储库，并允许感兴趣的服务使用者查找服务提供者接口。

       面向服务的体系结构中的每个实体都扮演着服务提供者、使用者和注册中心这三种角色中的某一种(或多种)。面向服务的体系结构中的操作包括：

       发布：为了使服务可访问．需要发布服务描述以使服务使用者可以发现和调用它。

       发现：服务请求者定位服务．方法是查询服务注册中心来找到满足其标准的服务。

       绑定和调用：在检索完服务描述之后，服务使用者继续根据服务描述中的信息来调用服务。

       面向服务的体系结构中的构件包括：

       服务：可以通过已发布接口使用服务，并且允许服务使用者调用服务。

       服务描述：服务描述指定服务使用者与服务提供者交互的方式。它指定来自服务的请求和响应的格式。服务描述可以指定一组前提条件、后置条件和/或服务质量(Q0S)级别。

1.3 面向服务架构特征

1. 可重用

       一个服务创建后能用于多个应用和业务流程。

2. 松耦合

       服务请求者到服务提供者的绑定与服务之间应该是松耦合的。因此，服务请求者不需要知道服务提供者实现的技术细节，例如程序语言、底层平台等等。

3. 明确定义的接口

       服务交互必须是明确定义的。Web服务描述语言(Web Services Description Language，WSDL)是用于描述服务请求者所要求的绑定到服务提供者的细节。WSDL不包括服务实现的任何技术细节。服务请 求者不知道也不关心服务究竟是由哪种程序设计语言编写的。

4. 无状态的服务设计

       服务应该是独立的、自包含的请求，在实现时它不需要获取从一个请求到另一个请求的信息或状态。服务不应该依赖于其他服务的上下文和状态。当产生依赖时，它们可以定义成通用业务流程、函数和 数据模型。

5. 基于开放标准

       当前SOA的实现形式是Web服务，基于的是公开的W3C及其他公认标准．采用第一代Web服务定义的SOAP、WSDL和UDDI以及第二代Web服务定义的WS-*来实现SOA。

2 微服务架构^[2][7]

       微服务就是用一组小服务的方式来构建一个应用，服务独立运行在不同的进程中，服务之间通过轻量的通讯机制（如 RESTful 接口）来交互，并且服务可以通过自动化部署方式独立部署。

       微服务与SOA类似，他们的最大区别在于，微服务的拆分粒度更细（更详细的二者对比可以参考下一节）。这源于docker这项技术的诞生，有效解决了服务粒度细、服务数量多所导致的开发环境搭建、部署、运维成本高的问题。另外，敏捷、精益、持续交付、DevOps也对微服务的发展起到了推动作用。

       微服务架构的主要特征如下：

• 原子服务：“高内聚，松耦合”
• 高密度部署:重要的服务可以独立进程部署，非核心服务可以独立打包，合设到同一个进程中，服务被高密度部署。物理机部署，可在一台服务器上部署多个服务实例进程；如果是云端部署，则可以利用LXC实现容器级部署，以降低部署成本，提升资源利用率。
• 敏捷交付：真正的DevOps。
• 微自治：服务足够小，功能单一，可以独立打包、部署、升级、回滚和弹性伸缩，不依赖其他服务，实现局部自治。

3 SOA与微服务对比^[2]

两者的主要差异如下：

• 服务拆分粒度：SOA首先要解决的是异构系统应用的服务化；微服务强调的是服务拆分尽可能小，最好是独立的原子服务。
• 服务依赖：传统的SOA服务，由于需要重用已有的资产，存在大量的服务间依赖；微服务的设计理念是服务自治、功能单一独立，避免依赖其他服务产生耦合，耦合会带来更高的复杂度。
• 服务规模：传统SOA服务粒度比较大，多数会采用将多个服务合并打成war包的方案，因此服务实例数比较有限；微服务强调尽可能拆分，同时很多服务会独立部署，这将导致服务规模急剧膨胀，对服务治理和运维带来新的挑战。
• 架构差异：微服务化之后，服务数量的激增会引起架构质量属性的变化，例如企业集成总线ESB逐渐被P2P的虚拟总线替代；为了保证高性能、低时延，需要高性能的分布式服务框架保证微服务架构的实施。
• 服务治理：传统基于SOA Governance的静态治理转型为服务运行态微治理、实时生效。
• 敏捷交付：服务由小研发团队负责微服务设计、开发、测试、部署、线上治理、灰度发布和下线，运维整个生命周期支撑，实现真正的DevOps。

       总结：量变引起质变，这就是微服务架构和SOA服务化架构的最大差异。

4 微服务设计要点^[6]

1. 负载均衡+API网关
2. 无状态化，区分有状态的和无状态的应用
3. 数据库的横向扩展
4. 缓存
5. 服务拆分和服务发现
6. 服务编排和弹性伸缩
7. 统一配置中心
8. 统一日志中心
9. 熔断、限流、降级

       服务要有熔断，限流，降级的能力，当一个服务调用另一个服务，出现超时的时候，应及时返回，而非阻塞在那个地方，从而影响其他用户的交易，可以返回默认的托底数据。
       当一个服务发现被调用的服务，因为过于繁忙，线程池满，连接池满，或者总是出错，则应该及时熔断，防止因为下一个服务的错误或繁忙，导致本服务的不正常，从而逐渐往前传导，导致整个应用的雪崩。
       当发现整个系统的确负载过高的时候，可以选择降级某些功能或某些调用，保证最重要的交易流程的通过，以及最重要的资源全部用于保证最核心的流程。
       还有一种手段就是限流，当既设置了熔断策略，又设置了降级策略，通过全链路的压力测试，应该能够知道整个系统的支撑能力，因而就需要制定限流策略，保证系统在测试过的支撑能力范围内进行服务，超出支撑能力范围的，可拒绝服务。当你下单的时候，系统弹出对话框说 “系统忙，请重试”，并不代表系统挂了，而是说明系统是正常工作的，只不过限流策略起到了作用。

10. 全方位监控

5 参考

1. http://wiki.mbalib.com/wiki/面向服务架构
2. https://www.cnblogs.com/f-zhao/p/7401607.html
3. https://baike.baidu.com/item/SOA/2140650
4. Eric Newcomer，Greg Lomow．Understanding SOA with Web Services[M]．Addison Wesley Professiona1．
5. Thomas Erl．Service-Oriented Architectural Concepts，Technology，and Design[M]．Prentice Hall PTR
6. https://mp.weixin.qq.com/s/1at5jMyIBJQHnqHKUIpkTw
7. https://blog.csdn.net/u012869196/article/details/73608855