微服务架构的4大设计原则和1个平台实践

微服务架构的4大设计原则和1个平台实践本文转载自微信公众号EAWorld微服务架构现在是谈到企业应用架构时必聊的话题，微服务之所以火热也是因为相对之前的应用开发方式有很多优点，如更灵活、更能适应现在需求快速变更的大环境。本文介绍微服务架构的演进、优缺点和微服务应用的设计原则，然后着重介绍作为一个“微服务应用平台”需要提供哪些能力、解决哪些问题才能更好地支撑企业应用架构。微服务平台也是我目前正在参与的，还在研发过程中的平台产品，平台是以SpringCloud为基础，结合了普元多年来对企业应用的理解和产品的设计经验，逐步孵化的一个微服务应用平台。目录：一、微服务架构演进过程二、微服务架构的好处三、微服务应用4个设计原则四、微服务架构带来的问题五、微服务平台的19个落地实践六、总结展望一、微服务架构演进过程近年来我们大家都体会到了互联网、移动互联带来的好处，作为IT从业者，在生活中时刻感受互联网好处的同时，在工作中可能感受的却是来自互联网的一些压力，那就是我们传统企业的IT建设也是迫切需要转型，需要面向外部客户，我们也需要应对外部环境的快速变化、需求快速创新，那么我们的IT架构也需要向互联网企业学习做出相应的改进，来支撑企业的数字化转型。我们再看一下应用架构的演进过程，回忆一下微服务架构是如何一步一步进化产生的，最早应用是单体架构，后来为了具备一定的扩展和可靠性，就有了垂直架构，也就是加了个负载均衡，接下来是前几年比较火的SOA，主要讲了应用系统之间如何集成和互通，而到现在的微服务架构则是进一步在探讨一个应用系统该如何设计才能够更好地开发、更加灵活高效地管理。微服务架构的基本思想就是“围绕业务领域组件来创建应用，让应用可以独立地开发、管理和加速”。二、微服务架构的好处我们总结了四个方面的优点，分别如下：每个微服务组件都是简单灵活的，能够独立部署。不再像以前一样，应用需要一个庞大的应用服务器来支撑。可以由一个小团队负责，更专注专业，相应地也就更高效可靠。微服务之间是松耦合的，微服务内部是高内聚的，每个微服务很容易按需扩展。微服务架构与语言工具无关，自由选择合适的语言和工具，高效地完成业务目标即可。看到这里，大家会觉得微服务架构挺不错，然而还会有一些疑问，什么样的应用算是一个微服务架构的应用？该怎样设计一个微服务架构的应用？那我们一起来看看我们推荐的微服务应用的设计原则。三、微服务应用4个设计原则我们总结了四个原则推荐给大家：AKF拆分原则前后端分离无状态服务Restful通信风格1.AKF拆分原则AKF扩展立方体（参考《TheArtofScalability》），是AKF公司的技术专家抽象总结出的应用扩展的三个维度。理论上按照这三个扩展模式，可以将一个单体系统，进行无限扩展。X轴：指的是水平复制，很好理解，就是讲单体系统多运行几个实例，做个集群加负载均衡的模式。Z轴：是基于类似的数据分区，比如一个互联网打车应用突然火了，用户量激增，集群模式撑不住了，那就按照用户请求的地区进行数据分区，北京、上海、四川等多建几个集群。Y轴：就是我们所说的微服务的拆分模式，就是基于不同的业务拆分。场景说明：比如打车应用，一个集群撑不住时，分了多个集群，后来用户激增还是不够用，经过分析发现是乘客和车主访问量很大，就将打车应用拆成了三个：乘客服务、车主服务、支付服务。三个服务的业务特点各不相同，独立维护，各自都可以再次按需扩展。2.前后端分离前后端分离原则，简单来讲就是前端和后端的代码分离，也就是技术上做分离，我们推荐的模式是最好直接采用物理分离的方式部署，进一步进行更彻底的分离。不要继续以前的服务端模板技术，比如JSP，把JavaJSHTMLCSS都堆到一个页面里，稍复杂的页面就无法维护。这种分离模式的方式有几个好处：前后端技术分离，可以由各自的专家来对各自的领域进行优化，这样前端的用户体验优化效果会更好。分离模式下，前后端交互界面更加清晰，就剩下了接口和模型，后端的接口简洁明了，更容易维护。前端多渠道集成场景更容易实现，后端服务无需变更，采用统一的数据和模型，可以支撑前端的webUI和移动App等访问。3.无状态服务对于无状态服务，首先说一下什么是状态：如果一个数据需要被多个服务共享，才能完成一笔交易，那么这个数据被称为状态。进而依赖这个“状态”数据的服务被称为有状态服务，反之称为无状态服务。那么这个无状态服务原则并不是说在微服务架构里就不允许存在状态，表达的真实意思是要把有状态的业务服务改变为无状态的计算类服务，那么状态数据也就相应的迁移到对应的“有状态数据服务”中。场景说明：例如我们以前在本地内存中建立的数据缓存、Session缓存，到现在的微服务架构中就应该把这些数据迁移到分布式缓存中存储，让业务服务变成一个无状态的计算节点。迁移后，就可以做到按需动态伸缩，微服务应用在运行时动态增删节点，就不再需要考虑缓存数据如何同步的问题。4.Restful通信风格作为一个原则来讲本来应该是“无状态通信原则”，在这里我们直接推荐一个实践优选的Restful通信风格，因为他有很多好处：无状态协议HTTP，具备先天优势，扩展能力很强。例如需要安全加密是，有现成的成熟方案HTTPS可用。JSON报文序列化，轻量简单，人与机器均可读，学习成本低，搜索引擎友好。语言无关，各大热门语言都提供成熟的RestfulAPI框架，相对其他的一些RPC框架生态更完善。当然在有些特殊业务场景下，也需要采用其他的RPC框架，如thrift、avro-rpc、grpc。但绝大多数情况下Restful就足够用了。四、微服务架构带来的问题做到了前面讲的四个原则，那么就可以说是构建了一个微服务应用，感觉上也不复杂。但实际上微服务也不是个万金油，也是有利有弊的，接下来我们来看看引入微服务架构后带来的问题有哪些。依赖服务变更很难跟踪，其他团队的服务接口文档过期怎么办？依赖的服务没有准备好，如何验证我开发的功能。部分模块重复构建，跨团队、跨系统、跨语言会有很多的重复建设。微服务放大了分布式架构的系列问题，如分布式事务怎么处理？依赖服务不稳定怎么办？运维复杂度陡增，如：部署物数量多、监控进程多导致整体运维复杂度提升。上面这些问题我们应该都遇到过，并且也会有一些解决方案，比如提供文档管理、服务治理、服务模拟的工具和框架；实现统一认证、统一配置、统一日志框架、分布式汇总分析；采用全局事务方案、采用异步模拟同步；搭建持续集成平台、统一监控平台等等。这些解决方案折腾到最后终于搞明白了，原来我们是需要一个微服务应用平台才能整体性的解决这些问题。五、微服务平台的落地实践1.企业IT建设的三大基础环境我们先来宏观的看一下，一个企业的IT建设非常重要的三大基础环境：团队协作环境、个人基础环境、IT基础设施。团队协作环境：主要是DevOps领域的范畴，负责从需求到计划任务，团队协作，再到质量管理、持续集成和发布。个人基础环境：就是本文介绍的微服务应用平台，他的目标主要就是要支撑微服务应用的设计开发测试，运行期的业务数据处理和应用的管理监控。IT基础设施：就是我们通常说的各种运行环境支撑如IaaS(VM虚拟化)和CaaS(容器虚拟化)等实现方式。2.微服务应用平台总体架构微服务应用平台的总体架构，主要是从开发集成、微服务运行容器与平台、运行时监控治理和外部渠道接入等维度来划分的。开发集成：主要是搭建一个微服务平台需要具备的一些工具和仓库。运行时：要有微服务平台来提供一些基础能力和分布式的支撑能力，我们的微服务运行容器则会运行在这个平台之上。监控治理：致力于在运行时能够对受管的微服务进行统一的监控、配置等能力。服务网关：负责与前端的WEB应用、移动APP等渠道集成，对前端请求进行认真鉴权，然后路由转发。3.微服务应用平台的运行视图参考上图，在运行期，作为一个微服务架构的平台与业务系统，除了业务应用本身外，还需要有接入服务、统一门户、基础服务等平台级服务来保障业务系统的可靠运行。图中的公共服务就是业务处理过程中需要用到的一些可选服务。4.微服务平台的设计目标微服务平台的主要目标主要就是要支撑微服务应用的全生命周期管理，从需求到设计、开发和测试，运行期的业务数据处理和应用的管理监控等，后续将从应用生命周期的几个重要阶段切入，结合前面提到的设计原则和问题，介绍平台提供的能力支撑情况。5.微服务开发：前端、后端、混合我们一起看一下我们正在开发中的微服务应用平台EOS8.0的一些开发工具截图，了解一下开发期提供了哪些关键的能力支撑。前面的设计原则中提到了一个前后端分离的原则，那么我们的开发环境中，目前支持创建前端项目、后端项目和混合项目。其中前端项目、后端项目就对应前后端分离的原则，利用平台中集成的开发工具和框架可以做到前后端开发分离，利用持续集成工具可以方便地将前端、后端项目编译打包成可独立运行的程序。混合项目则是为了兼容传统模式而保留的，为企业应用向微服务架构演进提供过渡方案。6.服务契约与API管理对于前面提到的微服务带来的依赖管理问题，我们可以通过平台提供的API管理能力来解决。说到API管理，那首先就用提到服务契约。平台开发工具中提供了方便的服务发布能力，能够快速地将业务功能对外发布，生成服务的规格契约，当然也可以先设计服务契约，再根据契约来生成服务的默认实现代码。这里强调一下，我们提到的服务契约是一个很重要的东西，他有点类似webservice的wsdl描述，主要描述服务接口的输入输出规格标准和其他一些服务调用集成相关的规格内容。7.服务契约与服务模拟有了服务契约，我们就可以根据契约自动生成服务的文档和服务模拟测试环境，这样，开发者就可以方便地获取到依赖服务变更的情况，能够及时地根据依赖服务的变化调整自己的程序，并且能够方便地进行模拟测试验证。根据契约生成模拟服务也就是我们常说的服务挡板，这样即使依赖的其他服务还无法提供功能，我们也可以通过挡板来进行联调测试。8.服务契约与服务编排有了服务契约，那就有了服务接口的输入输出规格，那么restful的服务编排也就变得可行。在我们设计的契约标准中，还定义了调用集成相关的内容，比如服务支持的事务模式等等。通过这些约定，我们就可以采用简单图形化的方式来对业务服务流程进行编排。编排能够很大程度上简化分布式服务调用的复杂度，如同步、异步、异步模拟同步、超时重试、事务补偿等，均有服务编排引擎完成，不再完全依赖老师傅的编码能力。服务编排的作用和意义很大，可以快速将已经提供的微服务能力进行组合发布，非常适合业务的快速创新。但是大家要注意，逻辑流编排的是业务流程，尽量能够简单明了，一眼看上去就明白业务含义。而业务规则推荐采用服务内部进行编码实现。千万不要将我们的“逻辑流”图形化服务编排完全取代程序编码，这样就可能会走入另外一个极端，比如设计出像蜘蛛网一样的逻辑流图，简直就是灾难。9.微服务容器我们再来看一下微服务运行容器的一个逻辑图，大家可以看到，我们要做微服务架构的应用，可靠高效的微服务应用，实际上我们需要做的事情还是非常多的。如果没有一个统一的微服务容器，这些能力在每个微服务组件中都需要建设一遍，而且会五花八门，也很难集成到一起。有了统一的微服务运行容器和一些公共的基础服务，前面所提到的微服务架构下部分组件重复建设的问题也迎刃而解。10.三方能力集成说明我们的API管理契约文档集成了Swagger的工具链。微服务应用平台的基础就是SpringCloud，从容器框架到注册发现再到安全认证这些基础方案均采用了它的能力来支撑。下面简单看下我们集成的一些开源框架和工具。SpringCloud在微服务平台中的定位是基础框架，本文重点是要介绍一个企业级的微服务平台在落地过程中的一些设计原则和解决方案。具体SpringCloud相关的技术就不在文中多做介绍了，大家可以在我们的公众号里面查看相关文章。11.服务注册发现路由接下来我们聊一下注册发现，以前的单块应用之间互相调用时配置个IP就行了，但在微服务架构下，服务提供者会有很多，手工配置IP地址又变成了一个不可行的事情。那么服务自动注册发