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单体式应用程序

与微服务相对的另一个概念是传统的单体式应用程序( Monolithic application ),单体式应用内部包含了所有需要的服务。而且各个服务功能模块有很强的耦合性,也就是相互依赖彼此,很难拆分和扩容。

说在做的各位都写过单体程序,大家都没意见吧?给大家举个栗子,刚开始写代码你写的helloworld程序就是单体程序,一个程序包含所有功能,虽然helloworld功能很简单。

单体应用程序的优点

  • 开发简洁,功能都在单个程序内部,便于软件设计和开发规划。
  • 容易部署,程序单一不存在分布式集群的复杂部署环境,降低了部署难度。
  • 容易测试,没有各种复杂的服务调用关系,都是内部调用方便测试。

单体应用程序的缺点

单体程序的缺点一开始不是特别明显,项目刚开始需求少,业务逻辑简单,写代码一时爽,一直爽。噩梦从业务迭代更新,系统日益庞大开始,前期的爽没有了,取而代之的是软件维护和迭代更新的无尽痛苦。

由于单体式应用程序就像一个大型容器一样,里面放置了许多服务,且他们都是密不可分的,这导致应用程序在扩展时必须以「应用程序」为单位。

当里面有个业务模块负载过高时,并不能够单独扩展该服务,必须扩展整个应用程序(就是这么霸道),这可能导致额外的资源浪费。

此外,单体式应用程序由于服务之间的紧密度、相依性过高,这将导致测试、升级有所困难,且开发曲线有可能会在后期大幅度地上升,令开发不易。相较之下「微服务架构」能够解决这个问题。

微服务

微服务 (Microservices) 就是一些协同工作小而自治的服务。

2014年,Martin FowlerJames Lewis 共同提出了微服务的概念,定义了微服务是由以单一应用程序构成的小服务,自己拥有自己的行程与轻量化处理,服务依业务功能设计,以全自动的方式部署,与其他服务使用 HTTP API 通信。同时服务会使用最小的规模的集中管理 (例如 Docker) 能力,服务可以用不同的编程语言与数据库等组件实现 。「维基百科」

举例

还是拿前面的 helloworld 程序来举栗子,想象一下你是 helloworld 公司的 CTO(老板还缺人吗?会写代码的那种),假设你们公司的 helloworld 业务遍布全球,需要编写不同语种的 helloworld 版本,分别输出英语、日语、法语、俄语...现在世界有6000多种语言(奇怪的知识又增加了)。

有人会说这还不简单我用switch case语句就完事了,同学,不要较真我就是举个例子,现实中的业务比 helloworld 复杂多了。好了,我们姑且认为按语言输出是个庞大复杂的工作,这时候就可以用微服务架构了,架构图如下:

微服务与SOA

面向服务的体系结构 SOA (Service-Oriented Architecture) 听起来和微服务很像,但 SOA 早期均使用了总线模式,这种总线模式是与某种技术栈强绑定的,比如:J2EE。这导致很多企业的遗留系统很难对接,切换时间太长,成本太高,新系统稳定性的收敛也需要一些时间,最终 SOA 看起来很美,但却成为了企业级奢侈品,中小公司都望而生畏。

此外,实施SOA时会遇到很多问题,比如通信协议(例如SOAP)的选择、第三方中间件如何选择、服务粒度如何确定等,目前也存在一些关于如何划分系统的指导性原则,但其中有很多都是错误的。SOA并没有告诉你如何划分单体应用成微服务,所以在实施SOA时会遇到很多问题。

这些问题再微服务框架中得到很好的解决,你可以认为微服务架构是SOA的一种特定方法。

微服务架构

合久必分,鉴于「单体应用程序」有上述的缺点,单个应用程序被划分成各种小的、互相连接的微服务,一个微服务完成一个比较单一的功能,相互之间保持独立和解耦合,这就是微服务架构。

微服务优点

相对于单体服务,微服务有很多优点,这里列举几个主要的好处

技术异构性

不同服务内部的开发技术可以不一致,你可以用java来开发helloworld服务A,用golang来开发helloworld服务B,大家再也不用为哪种语言是世界上最好的语言而争论不休。

为不同的服务选择最适合该服务的技术,系统中不同部分也可以使用不同的存储技术,比如A服务可以选择redis存储,B服务你可以选择用MySQL存储,这都是允许的,你的服务你做主。

隔离性

一个服务不可用不会导致另一个服务也瘫痪,因为各个服务是相互独立和自治的系统。这在单体应用程序中是做不到的,单体应用程序中某个模块瘫痪,必将导致整个系统不可用,当然,单体程序也可以在不同机器上部署同样的程序来实现备份,不过,同样存在上面说的资源浪费问题。

可扩展性

庞大的单体服务如果出现性能瓶颈只能对软件整体进行扩展,可能真正影响性能的只是其中一个很小的模块,我们也不得不付出升级整个应用的代价。这在微服务架构中得到了改善,你可以只对那些影响性能的服务做扩展升级,这样对症下药的效果是很好的。

简化部署

如果你的服务是一个超大的单体服务,有几百万行代码,即使修改了几行代码也要重新编译整个应用,这显然是非常繁琐的,而且软件变更带来的不确定性非常高,软件部署的影响也非常大。在微服务架构中,各个服务的部署是独立的,如果真出了问题也只是影响单个服务,可以快速回滚版本解决。

易优化

微服务架构中单个服务的代码量不会很大,这样当你需要重构或者优化这部分服务的时候,就会容易很多,毕竟,代码量越少意味着代码改动带来的影响越可控。

微服务缺点

我们上面一直在强调微服务的好处,但是,微服务架构不是万能的,并不能解决所有问题,其实这也是微服务把单体应用拆分成很多小的分布式服务导致的,所谓人多手杂,服务多起来管理的不好各种问题就来了。

为了解决微服务的缺点,前辈们提出了下面这些概念。

服务注册与发现

微服务之间相互调用完成整体业务功能,如何在众多微服务中找到正确的目标服务地址,这就是所谓「服务发现」功能。

常用的做法是服务提供方启动的时候把自己的地址上报给「服务注册中心」,这就是「服务注册」。服务调用方「订阅」服务变更「通知」,动态的接收服务注册中心推送的服务地址列表,以后想找哪个服务直接发给他就可以。

服务监控

单体程序的监控运维还好说,大型微服务架构的服务运维是一大挑战。服务运维人员需要实时的掌握服务运行中的各种状态,最好有个控制面板能看到服务的内存使用率、调用次数、健康状况等信息。

这就需要我们有一套完备的服务监控体系,包括拓扑关系、监控(Metrics)、日志监控(Logging)、调用追踪(Trace)、告警通知、健康检查等,防患于未然。

服务容错

任何服务都不能保证100%不出问题,生产环境复杂多变,服务运行过程中不可避免的发生各种故障(宕机、过载等等),工程师能够做的是在故障发生时尽可能降低影响范围、尽快恢复正常服务。

程序员为此避免被祭天,需要引入「熔断、隔离、限流和降级、超时机制」等「服务容错」机制来保证服务持续可用性。

服务安全

有些服务的敏感数据存在安全问题,「服务安全」就是对敏感服务采用安全鉴权机制,对服务的访问需要进行相应的身份验证和授权,防止数据泄露的风险,安全是一个长久的话题,在微服务中也有很多工作要做。

服务治理

说到「治理」一般都是有问题才需要治理,我们平常说环境治理、污染治理一个意思,微服务架构中的微服务越来越多,上面说的那些问题就更加显现,为了解决上面微服务架构缺陷「服务治理」就出现了。

微服务的那些问题都要公司技术团队自己解决的话,如果不是大型公司有成熟的技术团队,估计会很头大。幸好,有巨人的肩膀可以借给我们站上去,通过引入「微服务框架」来帮助我们完成服务治理。

微服务框架

介绍一些业界比较成熟的微服务框架。

Dubbo

是阿里巴巴公司开源的一个Java高性能优秀的服务框架,使得应用可通过高性能的 RPC 实现服务的输出和输入功能,可以和 Spring框架无缝集成。 Apache Dubbo |ˈdʌbəʊ| 是一款高性能、轻量级的开源Java RPC框架,它提供了三大核心能力:面向接口的远程方法调用,智能容错和负载均衡,以及服务自动注册和发现 。2011 年末对外开源,仅支持 Java 语言。

官网:http://dubbo.apache.org/zh-cn/

Tars

腾讯内部使用的微服务架构 TAF(Total Application Framework)多年的实践成果总结而成的开源项目。 仅支持 C++ 语言,目前在腾讯内部应用也非常广泛。2017 年对外开源,仅支持 C++ 语言。

源码: https://github.com/TarsCloud/Tars/

本命鹅厂 TARS 框架介绍 PPT 已下载,不想自己麻烦去找的同学,在我公众号「后端技术学堂」回复「tars」获取。

Motan

是新浪微博开源的一个Java 框架。Motan 在微博平台中已经广泛应用,每天为数百个服务完成近千亿次的调用。于 2016 年对外开源,仅支持 Java 语言。

官方指南: https://github.com/weibocom/motan/wiki/zh_userguide

gRPC

是Google开发的高性能、通用的开源RPC框架,其由Google主要面向移动应用开发并基于HTTP/2协议标准而设计,基于ProtoBuf(Protocol Buffers)序列化协议开发。本身它不是分布式的,所以要实现上面的框架的功能需要进一步的开发。2015 年对外开源的跨语言 RPC 框架,支持多种语言。

中文教程:https://doc.oschina.net/grpc?t=58008

thrift

最初是由 Facebook 开发的内部系统跨语言的高性能 RPC 框架,2007 年贡献给了 Apache 基金,成为 Apache 开源项目之一, 跟 gRPC 一样,Thrift 也有一套自己的接口定义语言 IDL,可以通过代码生成器,生成各种编程语言的 Client 端和 Server 端的 SDK 代码,支持多种语言。

微服务框架和RPC

很多人对这两个概念有点混淆,微服务框架上面我们说过了,我们再来看下RPC的概念。

什么是RPC

RPC (Remote Procedure Call)远程过程调用是一个计算机通信协议。我们一般的程序调用是本地程序内部的调用,RPC允许你像调用本地函数一样去调用另一个程序的函数,这中间会涉及网络通信和进程间通信,但你无需知道实现细节,RPC框架为你屏蔽了底层实现。RPC是一种服务器-客户端(Client/Server)模式,经典实现是一个通过发送请求-接受回应进行信息交互的系统。

两者关系

RPC和微服务框架的关系我的理解,微服务框架一般都包含了RPC的实现和一系列「服务治理」能力,是一套软件开发框架。我们可以基于这个框架之上实现自己的微服务,方便的利用微服务框架提供的「服务治理」能力和RPC能力,所以微服务框架也被有些人称作RPC框架

下一代微服务架构

Service Mesh(服务网格)被认为是下一代微服务架构,Service Mesh并没有给我们带来新的功能,它是用于解决其他工具已经解决过的服务网络调用、限流、熔断和监控等问题,只不过这次是在Cloud Nativekubernetes 环境下的实现。

特点

Service Mesh 有如下几个特点:

  • 应用程序间通讯的中间层
  • 轻量级网络代理
  • 应用程序无感知
  • 解耦应用程序的重试/超时、监控、追踪和服务发现

目前两款流行的 Service Mesh 开源软件 [Istio](https://istio.io/)[Linkerd](https://linkerd.io/) 都可以直接在 kubernetes 中集成,其中Linkerd已经成为云原生计算基金会 CNCF (Cloud Native Computing Foundation) 成员。

Why Service Mesh

为什么现有微服务架构已经解决的问题还要用Service Mesh呢?这个问题问的好。

回答问题之前,先看下istio.io上对service mesh的解释,我觉得挺好的,摘抄出来:

As a service mesh grows in size and complexity, it can become harder to understand and manage. Its requirements can include discovery, load balancing, failure recovery, metrics, and monitoring. A service mesh also often has more complex operational requirements, like A/B testing, canary rollouts, rate limiting, access control, and end-to-end authentication.

makes it easy to create a network of deployed services with load balancing, service-to-service authentication, monitoring, and more, **with few or no code changes in service code. **

试着总结一下:随着微服务的增多复杂程度也增加,管理变得更加困难,微服务架构虽然解决了「网络调用、限流、熔断和监控」等问题,但大多数框架和开源软件对原有业务是侵入式的,也就是需要在业务服务程序中集成相关的「服务治理」组件。

Service Mesh之于微服务,就像TCP/IP之于互联网,TCP/IP为网络通信提供了面向连接的、可靠的、基于字节流的基础通信功能,你不再需要关心底层的重传、校验、流量控制、拥塞控制。

用了Service Mesh你也不必去操心「服务治理」的细节,不需要对服务做特殊的改造,所有业务之外的功能都由Service Mesh帮你去做了。它就像一个轻量级网络代理 对应用程序来说是透明,所有应用程序间的流量都会通过它,所以对应用程序流量的控制都可以在 serivce mesh 中实现 。

写在最后

在IT世界没有什么技术是永不过时的,微服务架构的演进就是一个例子,从单体程序到微服务架构,再到service mesh架构,我不知道下一个技术迭代点是什么时候,但我知道微服务架构肯定还会更新,IT人更应该建立终身学习习惯。

当然更重要的是拥有对技术的热情,热于拥抱变化、接受新技术,当我看到新技术我是兴奋的,内心os是厉害了,还能这么玩!,希望你也有这般热情,而不仅仅是面向工资编程,生活会有趣很多。

老规矩。感谢各位的阅读,文章的目的是分享对知识的理解,技术类文章我都会反复求证以求最大程度保证准确性,若文中出现明显纰漏也欢迎指出,我们一起在探讨中学习。

原创不易,看到这里动动手指,点位的「三连」是对我持续创作的最大支持,我们下篇文章再见。

可以微信搜索公众号「 后端技术学堂 」回复「资料」「1024」有我给你准备的各种编程学习资料。文章每周持续更新,我们下期见!

reference

https://www.cnblogs.com/Zachary-Fan/p/service_manage_discovery.html

https://www.zhihu.com/question/56125281

http://dockone.io/article/3687

https://www.infoq.cn/article/micro-service-technology-stack

https://segmentfault.com/a/1190000010224335

https://book.douban.com/subject/26772677/

https://jimmysong.io/blog/what-is-a-service-mesh/

https://github.com/weibocom/motan/wiki/zh_userguide

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