輕量級微服務架構及最佳部署

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一、微服務將變得輕量級

架構需要由人去設計，這些人被稱為架構師。或許很多人並未授予架構師的頭銜，但自己卻從事著架構的工作。我們認為，架構這項工作永遠都需要由人去完成，可能短期內都無法由機器來取代。如果我們不理解什麼是架構，或者對架構師的職責感到疑惑，那麼很難讓架構這項工作有效地落地。我們將在本節重新認識架構，並重新定義架構師的職責。此外，架構演進是一個曲折的過程，但我們卻不難看出架構的發展規律，甚至還能推測出架構將來的發展趨勢。我們相信，微服務一定不是架構的終點，它或許只是架構從重量級轉型為輕量級的橋樑，我們正是設計並建造這座橋樑的工程師。

現在我們從架構與架構師的角度開始出發，開啟輕量級微服務的架構探險之旅。

1. 架構與架構師

可能絕大多數的程序員都想成為一名優秀的架構師，每天都能從事技術架構的相關工作，編點框架代碼，畫點架構圖，寫點PPT，帥氣地站在講台上給程序員們進行技術培訓。大家普遍認為，架構師的代碼比別人寫得少，但是工資卻比別人拿得多，架構師是技術團隊中技術最牛的人，別人搞不定的技術問題，在架構師眼中都是小菜一碟。

這樣的人真的是架構師嗎？

我們認為，他們不是架構師，而是技術專家。其實架構師與技術專家有著本質的區別，從他們所關注的技術方向來看，架構師更偏向技術廣度，而技術專家更偏向技術深度，如圖1-1所示。

圖1-1 架構師與技術專家的區別

換句話說，架構師需要有較強的綜合能力，他們需要接觸的技術領域較廣，但他們所掌握的技術專業能力卻沒有技術專家那麼深。如果我們想成為一名架構師，那麼就不應該把所有的精力都投入在某個技術領域上，而是要學會分散自己所關注的層面，做到在眾多技術領域上都要有一定的深度。

架構師除了需要具備在技術上所需的「硬技能」，還需要不斷完善自己的「軟技能」，比如溝通、組織、學習等技能。有時候軟技能可能比硬技能更加重要，甚至軟技能還會影響自己的職業發展。如果沒有較好的軟技能，架構師將無法將自己所設計的架構順利地移交到程序員們手中，並指導他們將其真正落地。架構師正是通過他們所具備的綜合能力來帶領技術團隊，解決不斷出現的技術挑戰。

架構師的職責是什麼？

我們的回答是：制定規範 + 指導落地。

架構師根據業務需求所制定的合理且可落地的技術規範，我們將這樣的規範稱為架構。

將架構工作做好猶如我們用兩條腿走路一樣，左腿邁出去表示「制定規範」，右腿跟上來表示「指導落地」，如圖1-2所示。

圖1-2 架構師的職責

如果左腿邁出去，右腿沒跟上來，那不是架構師，可能是需要拄拐的人。然而，我們身邊卻有一些這樣的不合格的架構師，他們只懂得制定規範，卻忽略了指導落地。如果架構無法落地，那麼就無法稱為架構了。

此外，還有一些架構師認為，架構只是技術層面上的問題，自己設計的架構應該用到市面上最為流行的新技術，比如別人公司在用微服務，那麼自己公司也要用起來。如果將架構工作脫離於業務需求，我們認為這不是做架構，而是玩技術。脫離業務來設計架構是對架構的不尊重。微服務是一種應用系統架構，需要架構師圍繞業務進行設計。

但是，我們絕不要為了微服務而去微服務。

從事微服務架構工作的架構師，相比傳統架構的架構師而言，所要求的技能更加全面。他們不僅僅是系統架構師，也是業務分析師，他們的責任重大且挑戰艱巨。

從大的方向來看，微服務架構師需要具備以下基本職責。

（1）分析業務需求並切分微服務邊界。

（2）定義架構規範與文檔標準。

（3）確保微服務架構順利落地。

（4）改善微服務架構並提高開發效率。

職責與挑戰往往是無法分離的，微服務架構師必須面對並克服這些挑戰。

（1）架構需要適應不斷變化的業務需求。

（2）架構具備穩定性、擴展性、安全性、容錯性等。

（3）使技術團隊深刻理解微服務思想。

（4）展現微服務架構的價值。

我們認為，傳統架構師轉型為微服務架構首先需要做到的是深刻理解業務，而不是表面上了解需求。業務和需求其實是兩碼事，業務的背後反映了客戶的剛需，而需求往往是產品經理根據業務剛需所指定的解決方案。作為微服務架構師，我們需要透過需求的表象去理解業務的本質。其次需要做到的是不斷優化架構，讓架構變得更加簡單，更加輕量級。我們要將昨天最好的表現，當成今天最低的要求，只有在技術上不斷要求自己，才能讓架構變得更好。

2. 架構演進過程

話說天下大勢，分久必合，合久必分，對於架構演進過程而言，也符合這個規律。

最早的應用程序實際上是沒有任何架構的，因為那時業務比較簡單，沒有架構也許是合理的，如圖1-3所示。

圖1-3 沒有架構

但隨著業務不斷複雜起來，我們意識到架構可以做到水平分層，比如表現層、邏輯層、數據層等，我們可在不同的層上實現每一層所關注的內容，我們稱其為「關注點分離」。但此時的架構更像是一塊「鐵板」，每一層的無法進行分離，因此我們也將這樣的架構稱為「單塊架構」，如圖1-4所示。

從此架構發生了更為複雜的變化，層次結構越來越深，而且不再局限於水平方向上的分層，實際上越來越多的應用程序圍繞著不同的業務需求來實現，此時出現了「垂直分層架構」，每個垂直應用中實際上都是一個獨立的子系統，它們共同組成了整個應用系統。然而，這些子系統一般可以部署在不同的伺服器上，這些伺服器可以分布在不同的地域中，我們也稱其為「分散式架構」，如圖1-5所示。

圖1-4 水平分層架構（單塊架構）

圖1-5 垂直分層架構（分散式架構）

業務並沒有停止發展的腳步，架構的演變也是如此。分散式應用之間的調用越來越多，整個系統的複雜度急劇上升，人們希望找到一種途徑來降低分散式應用之間的耦合。此時出現了面向服務架構（SOA），人們希望SOA能成為解決分散式應用系統複雜性的「銀彈」，然而事實卻事與願違。應用的複雜性不僅沒有得到解決，反而還讓架構變得更加複雜，同時也形成了大量的SOA商業產品，這些現象讓人們更加恐懼SOA，將它視為複雜和昂貴的代名詞，如圖1-6所示。

隨著互聯網行業不斷發展，用戶對產品的體驗要求越來越高，前端的價值逐漸被凸顯出來，此時出現了「前後端分離」的趨勢，前端工程師專心在界面展現與數據渲染上，後端工程師關注在業務邏輯與數據結構上，前後端只需通過REST API進行交互，工作分工更加明確，開發效率更加高效，如圖1-7所示。

圖1-6 面向服務架構（SOA）

圖1-7 前後端分離架構

似乎很長時間都未出現任何技術能與當年的SOA相提並論，除了微服務架構。微服務的概念在2014年首次被提出以來，近幾年一直是應用架構領域的核心話題。但人們往往還是容易想到當年的SOA，認為微服務與SOA有著相同的目的，只是實現細節不太一樣罷了，如圖1-8所示。

圖1-8 微服務架構

微服務與SOA到底有何區別？

我們認為，微服務是SOA的一種落地方案。

SOA是一種面向服務的架構思想，微服務也同樣推崇這種思想。微服務是將一個大型的單塊架構，拆分為多個細粒度服務的架構。微服務更加考驗我們的是，深入理解業務併合理地對服務邊界進行切分。微服務的概念相比SOA更容易落地的原因不是概念上的創新，而是技術上的突破，尤其是容器與自動化運維技術的普及與應用。

我們始終相信，微服務並不是架構發展的終點，也許是新架構時代的起點。

3.微服務架構發展趨勢

微服務架構所涉及的範圍相當廣泛，我們不妨從多個角度來推測微服務架構的發展趨勢。

從微服務開發角度來看，我們認為微服務的開發框架將變得更加多樣化。

開發人員可使用更加適合的開發框架來完成微服務業務實現，而不再拘泥於某一種編程語言，只需確保對外提供統一的API介面方式即可。甚至可將查詢與修改操作相分離，查詢操作可以用一種更加輕量級的編程語言來實現，而修改操作會涉及事務，一般需要藉助開發框架的事務特性來保證。

我們堅信，微服務必將堅持走輕量級技術路線。

究竟什麼是輕量級？

我們認為，輕量級必須包含三個特徵：易用、快速、穩定。

我們希望微服務架構中所涉及的技術都能夠快速上手，運行時不佔用過多的系統資源且性能突出，而且能夠長期穩定地運行。

從微服務部署角度來看，我們認為微服務的部署過程將變得更加自動化。

部署微服務不再通過手工的方式去完成，因為這樣既低效又容易出錯，我們更加傾向於使用軟體工具將其自動完成。要實現自動化部署這個目標，我們往往無法一步到位，最合理的方式是「先讓它跑起來，再讓它跑得快」。也就是說，早期的自動化部署方案也許不夠完備，或多或少會存在一些人工參與的情況，其實這些都再正常不過了，但我們需要不斷優化，努力通過自動化技術來取代重複性的人工操作。

最後想說的是，自動化雖好，但不要為了自動化而去自動化，或許有些環節通過手工處理才是最有效的方式。

二、微服務架構前期準備

搭建微服務架構絕不是一件輕鬆的事情，我們不僅要對微服務概念有著深刻的理解，還要研究大量的技術工具，並掌握它們的優缺點，最終需要結合技術團隊對技術的了解程度，選擇最為合適的技術選型。這些純技術的技術工具只是微服務的基礎設施，我們還需要在此基礎設施上圍繞真實的業務場景，對微服務邊界進行合理地切分。我們將在本節介紹微服務的冰山模型，大家將從這座冰山中看到微服務架構的全貌，隨後我們將深入冰山之下的世界，去探索微服務基礎設施的八大中心，最後我們還會介紹一些關於切分微服務邊界的原則和技巧。

我們現在就從微服務冰山模型開始吧，這座冰山似乎比我們想像中的要大很多。

1.認識微服務架構冰山模型

有些人認為，使用了Spring Boot開發框架就是擁有了微服務，其實這樣的認識是不正確的。Spring Boot只是一款微服務的開發框架，而且僅能用於Java應用程序中，毫無疑問，它只是微服務的冰山一角。此外，我們建議大家結合自身的業務場景，選擇更為合適的編程語言以及開發框架來實現微服務，而不要拘泥於一種編程語言。

還有一些人認為，用上了Docker就進入了微服務時代，其實這樣的認識也是不正確的。Docker只是一種封裝微服務應用程序的容器化技術，它改變了應用程序的交付方式，也加速了微服務架構的落地速度。可以肯定地說，如果沒有Docker容器技術，或許今天我們無法聽到微服務的概念。

如果將微服務架構中所涉及的技術棧比喻為一座冰山的話，那麼冰山之上最顯而易見的部分就是微服務的開發框架與容器技術了，Spring Boot與Docker都屬於冰山之上的技術。

冰山之下到底有哪些技術呢？

我們認為冰山之下的技術是整個微服務架構的基石，它們構成了整個微服務架構的基礎設施。比如我們在上冊中學習的ZooKeeper服務註冊表、Node.js服務網關、Jenkins持續部署系統等，它們都屬於冰山之下的部分。

我們可通過一幅圖來描繪微服務架構這座冰山，如圖1-9所示。

圖1-9 微服務架構冰山模型

由於服務註冊表集中管理了微服務相關的服務配置，因此我們也將它稱為「註冊中心」；由於服務網關是前端應用程序的唯一入口，因此我們也將其稱為「調用中心」；同樣，我們也將持續部署系統稱為「部署中心」。這些中心都彙集在微服務冰山模型之下，除此之外，還有其他功能的中心，這些中心共同構成了微服務的基礎設施。

2.冰山下的微服務基礎設施

冰山下的微服務基礎設施，實際包括了八大中心。

（1）註冊中心：用於註冊微服務相關配置信息的中心，我們選用ZooKeeper實現。

（2）調用中心：用於提供給前端調用的統一入口，我們選用Node.js實現。

（3）部署中心：用於編譯並打包微服務源碼並將其部署到Docker引擎中，我們選用Jenkins實現。

（4）日誌中心：用於收集並管理微服務應用程序中產生的日誌，第2章中將詳細介紹。

（5）監控中心：用於監控微服務的實時運行狀況，第3章中將詳細介紹。

（6）追蹤中心：用於最終微服務的調用軌跡，第3章中將詳細介紹。

（7）消息中心：用於解耦微服務之間的調用關係，第5章中將詳細介紹。

（8）配置中心：用於管理微服務應用程序所需的配置參數，第7章中將詳細介紹。

也許大家看到以上八大中心後會產生一些疑惑：很多人說微服務是去中心化的，為何我們還要提供這些中心呢？

我們認為，中心分為兩類：一類是含有業務意義的中心；另一類是不含業務意義的中心（只是技術層面的中心）。

在微服務架構中我們應該去除的是含有業務意義的中心，而不是去除技術層面上的廣義中心。比如，我們所設計的調用中心內部是不可能帶有任何業務流程的，它只是一個純技術層面的框架。對於其他中心也是如此，絕對不含有任何的業務，否則我們就應該將其去除。

3.根據業務切分微服務邊界

凡是學習過微服務的人都知道，我們需要根據業務來切分微服務邊界。道理可能大家都懂，但或許仍然不知道應該怎麼去做。例如，切分微服務邊界有哪些關鍵性步驟，以及包含哪些重要性原則？

經過大量的微服務實踐，我們總結了以下五個步驟，可幫助大家有效地切分微服務邊界。

第一步：梳理業務流程。

在切分微服務之前，我們要做的第一件事情就是梳理業務流程。不妨找業務專家諮詢，通過與他們溝通從而了解真實的業務流程，並將其繪製成流程圖。對於過於複雜的業務流程，我們也可單獨繪製流程圖，並增加相關的流程說明。當然也能提供相應的狀態圖，用於說明業務流程中所涉及狀態的變化過程。

花再多時間去分析業務流程都不過分，現在所花的每一分鐘都是相當值得的。

第二步：抽取公共服務。

在業務流程中與業務不太相關的部分，我們可考慮將其剝離出來，並形成公共服務。例如，郵件發送、文件上傳、其他第三方介面等。每種公共服務都對應一個微服務，每個微服務都有相關API，每個API都有自己的輸入與輸出。這些API一定要形成文檔，以便其他服務調用。

一般情況下，抽取的公共服務都不太會變化，我們一定要想辦法將不變的東西從可變的世界中抽取出來。

第三步：定義業務服務。

當公共服務抽取完畢後，業務流程中剩下來的部分就是業務服務了。建議剛開始實施微服務時，不要將業務服務的邊界切得太細，可以考慮先「大切幾塊」，但需要確保每個服務之間盡量不要有依賴關係。換句話說，每個服務都是獨立的，雖然此時服務的塊頭可能比較大。

我們先確保這些大塊頭服務可以運行在微服務基礎設施上，再不斷將它們進行細化，拆解為更小的服務。

第四步：設計數據模型。

深入到每個業務服務中，我們首先要做的是定義它底層所涉及的數據模型，也稱為「領域模型」。此時會涉及資料庫表結構設計，以及數據模型與關係設計。在數據層面上的設計是至關重要的，如果該部分設計得不到位，將增加後期實現微服務的成本。

數據模型的設計同樣也需要進行文檔化，這些文檔將指導後端工程師順利地完成微服務實現。

第五步：定義服務介面。

底層的數據模型設計完畢後，我們將視角轉換到頂層的服務介面上。服務介面實際上就是一組API，這些API需做到職責單一，而且需要通過名稱就能識別出它的業務含義。建議確保每個API的命名是全局唯一的，也建議每個API都有各自的版本號，版本號可以用自增長的方式來體現。

服務介面也需要進行文檔化，這些文檔一般由後端工程師編寫，並提供給前端與測試工程師閱讀。

三、輕量級微服務架構圖

作為一名微服務架構師，我們不僅需要深入理解業務，並能準確地劃分服務邊界，而且還需要深入理解微服務，並能合理地選擇技術選型。我們認為，微服務架構實際上分為兩大部分，其中一部分對應部署階段，另一部分對應運行階段。這兩部分包含了大量的技術工具，我們需要結合多方面因素來考慮，選擇最為合適的技術選型來搭建微服務架構，並確保它能保持輕量級。

本節將著眼於微服務的部署與運行兩大階段，通過圖文方式來描述輕量級微服務架構。

1.輕量級微服務部署架構

當開發人員完成了微服務的細節實現後，首先要做的是確保自己所寫代碼的可用性，他們往往會藉助單元測試工具來保證這一環節不出問題。當他們將源碼提交並推送到代碼倉庫後，此時部署中心將從代碼倉庫中獲取源碼，並執行編譯與打包操作。

不僅如此，部署中心還需從配置中心獲取對應運行環境的配置參數，並生成相應的配置文件，並將這些配置文件與應用程序一同複製到Docker鏡像中，最後還需將此鏡像上傳到鏡像倉庫，以便後續可從鏡像倉庫中下載指定的鏡像，從而運行相應的Docker容器。

此外，部署中心還可掃描源碼並自動生成API文檔站點，以便其他技術人員可隨時從文檔站點中查看最新部署服務所包含的API文檔。當然，我們還可以對所需完成的微服務僅提供簡單的代碼實現，這樣就能將微服務文檔的輸出時間儘可能提前，以便其他技術人員能夠更早地了解到微服務的相關API信息，隨後再去完成更加細節的代碼實現，這是我們推薦的工作方法。

當Docker鏡像上傳到鏡像倉庫後，部署中心可在不同的運行環境下根據特定的鏡像來啟動相應的Docker容器。為了便於描述，我們將該容器稱為「服務容器」，它包含了承載微服務的應用程序及其配置文件。

當服務容器啟動後，會自動將其配置信息寫入註冊中心，與此同時，部署中心也會連接到註冊中心，並設置服務的版本號，以便於在後續調用服務時可根據版本號來識別當前可用的服務。

我們可將以上過程繪製為一幅架構圖，如圖1-10所示。

圖1-10 輕量級微服務部署架構

可見，在微服務部署階段中，部署中心是其中的主角，它支配其他組件，使服務可以成功部署，我們需要確保它的穩定性。

2.輕量級微服務運行架構

當用戶通過瀏覽器或移動端訪問應用系統時，請求首先將進入服務網關，因為它是所有請求調用的中心，我們也將其稱為「調用中心」。它雖然是不帶任何業務的中心，但我們需要確保它所做的事情足夠少，讓它不會成為整個應用系統的調用瓶頸。

隨後調用中心將連接註冊中心，並通過服務名稱從註冊中心中獲取服務所在的IP地址與埠號（即服務地址），該過程稱為「服務發現」，進而調用中心可根據服務地址以反向代理的方式來調用具體的服務容器，該過程稱為「服務調用」。

在服務容器中可能會觸發一些事件，這些事件將以消息的方式寫入消息中心，以便其他服務可監聽消息中心並從中獲取相應的消息。該方案可解決服務之間的耦合問題，同時能將同步調用轉為非同步調用，提高整個應用系統的吞吐率。

在服務容器運行時會產生大量的日誌，我們可將這些日誌統一寫入日誌中心，並能在日誌中心所提供的控制台上查詢具體的日誌信息。此外，日誌中心也能幫助我們快速地定位並分析系統出現的異常狀況。

為了觀察服務容器是否運行正常，我們可藉助監控中心所輸出的圖形化數據來判斷。監控中心將不斷地收集服務容器中的運行狀態，包括CPU、內存、硬碟、網路，以及應用程序的JVM內存使用情況。

由於微服務很難切得乾淨，服務之間難免會出現少量的調用關係，我們可將每次調用所產生的相關信息寫入追蹤中心，並通過追蹤中心提供的圖形化界面來查看服務之間的調用軌跡以及所產生的調用延時，從而可分析出服務調用所產生的性能瓶頸。

我們可將以上過程繪製為一幅架構圖，如圖1-11所示。

圖1-11 輕量級微服務運行架構

可見，在微服務運行階段中，調用中心是其中的主角，註冊中心作為它的數據來源，服務容器作為它的調用目標，它需要具備良好的高性能與高可用等特性。

3.輕量級微服務全局架構

我們用一張圖將輕量級微服務的部署架構與運行架構進行整合，它就是輕量級微服務架構的全貌，如圖1-12所示。

圖1-12 輕量級微服務全局架構

圖1-12所示的架構圖中包括12個組件，其中的代碼倉庫、部署中心、註冊中心、鏡像倉庫、調用中心、服務容器這6個組件已在上冊中進行描述，剩下的配置中心、文檔站點、消息中心、日誌中心、監控中心、追蹤中心這6個組件將在下冊後續章節中深入探索。

四、總結

本章從宏觀上描述了輕量級微服務架構，為後續探險歷程提供了明確的藍圖。首先我們從架構與架構師開始講起，簡單回顧了架構演進的過程與微服務的發展趨勢，我們認為，微服務的出現是必然的，而且它將朝著輕量級方向發展。隨後我們探討了在搭建微服務架構之前需要準備的工作，也認識了微服務架構的「冰山模型」，本書將重點集中在冰山之下的微服務基礎設施中，此外還介紹了切分微服務邊界的方法和技巧，我們認為，合理地切分微服務邊界是微服務架構師的職責之一。最後我們從部署與運行兩個角度來觀察微服務架構，並以一幅架構全景圖來結束本章，隨後的章節將圍繞這張架構圖的相關部分進行展開，我們會選擇最為合適的技術選型來搭建這款輕量級微服務架構。

《架構探險：輕量級微服務架構（下冊）》封面

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