如何快速搭建一个微服务架构

如何快速搭建一个微服务架构,第1张

什么是微服务?

微服务(Microservices Architecture)是一种架构风格,一个大型复杂软件应用由一个或多个微服务组成。系统中的各个微服务可被独立部署,各个微服务之间是松耦合的。每个微服务仅关注于完成一件任务并很好地完成该任务。在所有情况下,每个任务代表着一个小的业务能力。

微服务的概念源于2014年3月Martin Fowler所写的文章“Microservices” martinfowler.com/articles/mi…

单体架构(Monolithic Architecture )

企业级的应用一般都会面临各种各样的业务需求,而常见的方式是把大量功能堆积到同一个单体架构中去。比如:常见的ERP、CRM等系统都以单体架构的方式运行,同时由于提供了大量的业务功能,随着功能的升级,整个研发、发布、定位问题,扩展,升级这样一个“怪物”系统会变得越来越困难。

这种架构模式就是把应用整体打包部署,具体的样式依赖本身应用采用的语言,如果采用java语言,自然你会打包成war包,部署在Tomcat或者Jetty这样的应用服务器上,如果你使用spring boot还可以打包成jar包部署。其他还有Rails和Node.js应用以目录层次的形式打包

上图:单体架构

大部分企业通过SOA来解决上述问题,SOA的思路是把应用中相近的功能聚合到一起,以服务的形式提供出去。因此基于SOA架构的应用可以理解为一批服务的组合。SOA带来的问题是,引入了大量的服务、消息格式定义和规范。

多数情况下,SOA的服务直接相互独立,但是部署在同一个运行环境中(类似于一个Tomcat实例下,运行了很多web应用)。和单体架构类似,随着业务功能的增多SOA的服务会变得越来越复杂,本质上看没有因为使用SOA而变的更好。图1,是一个包含多种服务的在线零售网站,所有的服务部署在一个运行环境中,是一个典型的单体架构。

单体架构的应用一般有以下特点:

微服务架构(Microservices Architecture)

微服务架构的核心思想是,一个应用是由多个小的、相互独立的、微服务组成,这些服务运行在自己的进程中,开发和发布都没有依赖。不同服务通过一些轻量级交互机制来通信,例如 RPC、HTTP 等,服务可独立扩展伸缩,每个服务定义了明确的边界,不同的服务甚至可以采用不同的编程语言来实现,由独立的团队来维护。简单的来说,一个系统的不同模块转变成不同的服务!而且服务可以使用不同的技术加以实现!

上图:微服务架构

微服务设计

那我们在微服务中应该怎样设计呢。以下是微服务的设计指南:

微服务消息

在单体架构中,不同功能之间通信通过方法调用,或者跨语言通信。SOA降低了这种语言直接的耦合度,采用基于SOAP协议的web服务。这种web服务的功能和消息体定义都十分复杂,微服务需要更轻量的机制。

同步消息 REST

同步消息就是客户端需要保持等待,直到服务器返回应答。REST是微服务中默认的同步消息方式,它提供了基于HTTP协议和资源API风格的简单消息格式,多数微服务都采用这种方式(每个功能代表了一个资源和对应的操作)

异步消息 – AMQP, STOMP, MQTT

异步消息就是客户端不需要一直等待服务应答,有应到后会得到通知。某些微服务需要用到异步消息,一般采用AMQP, STOMP, MQTT 这三种通讯协议

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

消息格式是微服务中另外一个很重要的因素。SOA的web服务一般采用文本消息,基于复杂的消息格式(SOAP)和消息定义(xsd)。微服务采用简单的文本协议JSON和XML,基于HTTP的资源API风格。如果需要二进制,通过用到Thrift, ProtoBuf, Avro。

服务约定 – 定义接口 – Swagger, RAML, Thrift IDL

如果把功能实现为服务,并发布,需要定义一套约定。单体架构中,SOA采用WSDL,WSDL过于复杂并且和SOAP紧耦合,不适合微服务。

REST设计的微服务,通常采用Swagger和RAML定义约定。

对于不是基于REST设计的微服务,比如Thrift,通常采用IDL(Interface Definition Languages),比如Thrift IDL。

微服务集成 (服务间通信)

大部分微服务基于RPC、HTTP、JSON这样的标准协议,集成不同标准和格式变的不再重要。另外一个选择是采用轻量级的消息总线或者网关,有路由功能,没有复杂的业务逻辑。下面就介绍几种常见的架构方式。

点对点方式

点对点方式中,服务之间直接用。每个微服务都开放REST API,并且调用其它微服务的接口。

上图:通过点对点方式通信

很明显,在比较简单的微服务应用场景下,这种方式还可行,随着应用复杂度的提升,会变得越来越不可维护。这点有些类似SOA的ESB,尽量不采用点对点的集成方式。

API-网关方式

API网关方式的核心要点是,所有的客户端和消费端都通过统一的网关接入微服务,在网关层处理所有的非业务功能个。通常,网关也是提供REST/HTTP的访问API。服务端通过API-GW注册和管理服务。

上图:通过API-网关暴露微服务

所有的业务接口通过API网关暴露,是所有客户端接口的唯一入口。微服务之间的通信也通过API网关。\

采用网关方式有如下优势:

目前,API网关方式应该是微服务架构中应用最广泛的设计模式。

消息代理方式

微服务也可以集成在异步的场景下,通过队列和订阅主题,实现消息的发布和订阅。一个微服务可以是消息的发布者,把消息通过异步的方式发送到队列或者订阅主题下。作为消费者的微服务可以从队列或者主题共获取消息。通过消息中间件把服务之间的直接调用解耦。

上图:异步通信方式

通常异步的生产者/消费者模式,通过AMQP, STOMP, MQTT 等异步消息通讯协议规范。

数据的去中心化

单体架构中,不同功能的服务模块都把数据存储在某个中心数据库中。

每个微服务有自己私有的数据库,其它微服务不能直接访问。单体架构,用一个数据库存储所有数据

微服务方式,多个服务之间的设计相互独立,数据也应该相互独立(比如,某个微服务的数据库结构定义方式改变,可能会中断其它服务)。因此,每个微服务都应该有自己的数据库。

每个微服务有自己私有的数据库,其它微服务不能直接访问。每个微服务有自己私有的数据库,其它微服务不能直接访问。

数据去中心话的核心要点:

数据的去中心化,进一步降低了微服务之间的耦合度,不同服务可以采用不同的数据库技术(SQL、NoSQL等)。在复杂的业务场景下,如果包含多个微服务,通常在客户端或者中间层(网关)处理。

微服务架构的优点:

微服务架构的缺点:

微服务的一些想法在实践上是好的,但当整体实现时也会呈现出其复杂性。

关于微服务架构的取舍

微服务架构,主要是中间层分解,将系统拆分成很多小应用(微服务),微服务可以部署在不同的服务器上,也可以部署在相同的服务器不同的容器上。当应用的故障不会影响到其他应用,单应用的负载也不会影响到其他应用,其代表框架有 Spring cloud、Dubbo 等。

微服务 Microservices 之父,马丁.福勒,对微服务大概的概述如下:就目前而言,对于微服务业界并没有一个统一的、标准的定义(While there is no precise definition of this architectural style ) 。但通常在其而言,微服务架构是一种架构模式或者说是一种架构风格,它提倡将单一应用程序划分成一组小的服务,每个服务运行独立的自己的进程中,服务之间互相协调、互相配合,为用户提供最终价值。服务之间采用轻量级的通信机制互相沟通(通常是基于 HTTP 的 RESTful API ) 。每个服务都围绕着具体业务进行构建,并且能够被独立地部署到生产环境、类生产环境等。另外,应尽量避免统一的、集中式的服务管理机制,对具体的一个服务而言,应根据业务上下文,选择合适的语言、工具对其进行构建,可以有一个非常轻量级的集中式管理来协调这些服务。可以使用不同的语言来编写服务,也可以使用不同的数据存储。

六种常见的微服务架构模式:

1、聚合器微服务设计模式

聚合器调用多个服务实现应用程序所需的功能。它可以是一个简单的Web页面,将检索到的数据进行处理展示。它也可以是一个更高层次的组合微服务,对检索到的数据增加业务逻辑后进一步发布成一个新的微服务,这符合DRY原则。另外,每个服务都有自己的缓存和数据库。如果聚合器是一个组合服务,那么它也有自己的缓存和数据库。聚合器可以沿X轴和Z轴独立扩展。

2、代理微服务设计模式

这是聚合模式的一个变种,在这种情况下,客户端并不聚合数据,但会根据业务需求的差别调用不同的微服务。代理可以仅仅委派请求,也可以进行数据转换工作。

3、链式微服务设计模式

这种模式在接收到请求后会产生一个经过合并的响应,在这种情况下,服务A接收到请求后会与服务B进行通信,类似地,服务B会同服务C进行通信。所有服务都使用同步消息传递。在整个链式调用完成之前,客户端会一直阻塞。因此,服务调用链不宜过长,以免客户端长时间等待。

4、分支微服务设计模式

这种模式是聚合器模式的扩展,允许同时调用两个微服务链。

5、数据共享微服务设计模式

自治是微服务的设计原则之一,就是说微服务是全栈式服务。但在重构现有的“单体应用(monolithic application)”时,SQL数据库反规范化可能会导致数据重复和不一致。因此,在单体应用到微服务架构的过渡阶段,可以使用这种设计模式,在这种情况下,部分微服务可能会共享缓存和数据库存储。不过,这只有在两个服务之间存在强耦合关系时才可以。对于基于微服务的新建应用程序而言,这是一种反模式。

6、异步消息传递微服务设计模式

虽然REST设计模式非常流行,但它是同步的,会造成阻塞。因此部分基于微服务的架构可能会选择使用消息队列代替REST请求/响应。


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