這些年軟件的設計規(guī)模越來越龐大，業(yè)務需求也越來越復雜，針對系統(tǒng)的性能、高吞吐率、高穩(wěn)定性、高擴展等特性提出了更高的要求。

[[350756]]

圖片來自 Pexels 

可以說業(yè)務需求是軟件架構(gòu)能力的第一推動力，由于這些因素導致了軟件架構(gòu)思想和相關(guān)技術(shù)也在發(fā)生著巨變。

這些變化反應在軟件架構(gòu)行業(yè)里，就是我們開始越來越多的聽到了很多新的詞匯，比如：“分布式”、“SOA”、“微服務”、“中臺”等概念。

今天我就把我學習微服務的過程記錄下來，包括所有技術(shù)的實現(xiàn)細節(jié)和個人的理解。俗話說：好記性，不如爛筆頭，以防自己忘記，以后可以查詢。

當然，這些東西有很多東西都是自己的理解，里面的插圖也是自己畫的，可能會有一些有失偏頗的地方，當然希望有高手可以指正，不靈賜教，大家共同進步。

架構(gòu)發(fā)展歷程

現(xiàn)在的科學技術(shù)可以說是日新月異，發(fā)展迅速。相對于我們軟件設計行業(yè)也在發(fā)生著巨變，業(yè)務越來越復雜，需求越來越龐大、繁雜，軟件架構(gòu)和部署的規(guī)模也發(fā)生著翻天覆地的變化。

作為軟件架構(gòu)思想之一的“微服務架構(gòu)”也在按著自己的規(guī)律進化著，接下來我們就簡單的了解一下“微服務架構(gòu)”發(fā)展經(jīng)歷的三個時期，這些只是個人理解。

單體架構(gòu)(Monolithic)

單體應用時代：應用程序無論如何分層，都是一個解決方案，或者說都是一個項目，這里的“解決方案”和“項目”不是我們使用的 Visual Studio 里面的概念，最終的程序代碼都會在一個進程里運行。

如圖：

 

優(yōu)點：開發(fā)簡單，集中管理，沒有分布式的損耗，都是系統(tǒng)進程內(nèi)的通信。

缺點：不好維護，升級困難，耦合嚴重，無法應付高并發(fā)和大數(shù)據(jù)場景，無法快捷迭代。

垂直拆分

隨著業(yè)務規(guī)模的越來越龐大，系統(tǒng)設計就越來越復雜，大的系統(tǒng)就開始進行業(yè)務的垂直拆分。

比如：有專門做商品秒殺的部門，有專門做生鮮商品的部門，有專門做超市的部門，等等，當然這是根據(jù)部門天生劃分的，也有根據(jù)業(yè)務需求進行系統(tǒng)劃分的。

如圖：

 

優(yōu)點：垂直拆分，系統(tǒng)獨立部署和維護，每個系統(tǒng)在自己進程內(nèi)執(zhí)行，分而治之。

缺點：拆分越多，存儲越復雜，系統(tǒng)間重復的東西也越多，單個系統(tǒng)還是單體模式。

分布式服務

隨著業(yè)務系統(tǒng)的越來越龐大，軟件系統(tǒng)設計起來越來越復雜。為了避免過度復雜的業(yè)務需求，開始對業(yè)務系統(tǒng)的進行垂直拆分，形成多個獨立的業(yè)務系統(tǒng)，如果多個系統(tǒng)之間要通信，可以通過跨進程的技術(shù)完成通訊。

但是垂直拆分也導致了大量重復代碼、重復模塊的產(chǎn)生，比如：用戶模塊、日志模塊、支付模塊、認證授權(quán)模塊等，這樣分散的代碼也給系統(tǒng)的維護和升級帶來了困難。

我們對業(yè)務重新劃分，把獨立的模塊接口化、服務化，提高重用，這個時候，我們就開始進入了分布式服務的時代。(分布式的第一要務就是不要分布式)

如圖：

 

優(yōu)點：

• 獨立進程部署，獨立進程運行，獨立演化。服務之間可以做到高內(nèi)聚，低耦合。
• 獨立開發(fā)和維護，業(yè)務解耦，無論是業(yè)務系統(tǒng)還是分布式服務都獨立演化。
• 分布式管理。
• 隔離性增強。
• 由一系列服務組裝成系統(tǒng)，不用重復建設，模塊、代碼可以復用。

缺點：

• 數(shù)據(jù)一致性(多服務完成一個任務)和系統(tǒng)的可用性(集群)成為問題。
• 數(shù)據(jù)庫也進行了拆分。
• 維護、設計、架構(gòu)成本增加，調(diào)試、糾錯更難。
• 網(wǎng)絡傳輸分布式損耗成本。
• 不適合高并發(fā)和大數(shù)據(jù)的環(huán)境。

微服務架構(gòu)

微服務的出現(xiàn)時分布式架構(gòu)已經(jīng)很成熟了，架構(gòu)中各種問題已經(jīng)有了很成熟的解決方案，對于現(xiàn)在的業(yè)務系統(tǒng)來說，分布式架構(gòu)已經(jīng)變成了一種常規(guī)手段，這個時候，微服務就出現(xiàn)了。

微服務架構(gòu)是一個用分布式服務拆分業(yè)務邏輯，完成解耦的架構(gòu)模式(架構(gòu)風格)。

微服務肯定是分布式的一種，是在分布式技術(shù)成熟之后，然后把分布式當成解耦手段來架構(gòu)系統(tǒng)。

因為拆分的服務很細致，服務數(shù)量規(guī)模開始變多了，服務的體量開始縮小了，由以前幾個大的服務，轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€獨立運行的、原子性質(zhì)的服務。

如圖：

 

微服務最重要的特性是：

• 可用性：描述一個系統(tǒng)在一段時間內(nèi)提供有用資源的能力，從而減少停工時間，而保持其服務的高度可用性。
• 伸縮性：根據(jù)需求動態(tài)添加和刪除系統(tǒng)中資源的能力，是水平或垂直擴展的專門實現(xiàn)。

集群(負載均衡)可以解決系統(tǒng)的高可用和伸縮特性。

SOA 面向服務架構(gòu)

Service-Oriented Architecture 面向服務架構(gòu)：是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)進行拆分，并通過這些服務之間定義良好的接口和協(xié)議聯(lián)系起來。

如圖：

 

微服務架構(gòu)的發(fā)展歷程

我們要解決微服務的高可用和可伸縮的兩個問題，自然就會想到通過集群來實現(xiàn)，這個思路沒有錯。

如果我們實現(xiàn)了服務集群，那另外兩個問題就會出現(xiàn)，這兩個問題也導致了微服務架構(gòu)的發(fā)展版本的差異。

第一個：服務的發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)用方如何發(fā)現(xiàn)服務，有了新的服務，我們?nèi)绾沃溃蟹諏嵗艟€，我們?nèi)绾螘缘茫l(fā)現(xiàn)服務就很重要，這個是基礎問題，第一個問題不解決，第二個問題也沒有辦法實現(xiàn)。

第二個：如何調(diào)用服務，如何管理那么多的服務實例。有那么多的集群實例，也就有那么多的服務實例，我們該怎么去調(diào)用這些服務呢?多個服務調(diào)用的關(guān)系如何呢?

由于這些問題，那我們就看看微服務架構(gòu)的三個版本是如何解決的。

①集中式代理：Nginx(V1.0 版本(服務注冊/服務發(fā)現(xiàn)----手動))

 

如上圖：

• 服務發(fā)現(xiàn)，手動修改配置文件，重新啟動。
• 負載均衡，可以輪訓、權(quán)重、哈希等等。
• 服務新增無法發(fā)現(xiàn)，需要手動配置，服務掉線可以自動檢查。
• 客戶端的實現(xiàn)很簡單，不需要額外的代碼，簡單，高效。

②客戶端嵌入：Consul(V2.0 版本(服務注冊/服務發(fā)現(xiàn)—自動---服務治理))

 

如上圖：

• 服務注冊與發(fā)現(xiàn)，動態(tài)增加，自動完成。
• 健康檢查，可以查看損壞服務，去掉服務，自動完成。
• 負載均衡，Consul 返回所有活動服務實例，客戶端自己實現(xiàn)負載均衡。

功能強大，自動發(fā)現(xiàn)-自動下線，客戶端集成比較復雜，負載均衡在客戶端實現(xiàn)。

③服務網(wǎng)格：Service Mesh(V3.0---技術(shù)不成熟，華為+唯品會，lstio)

 

SideCar 服務管理服務實例的注冊和發(fā)現(xiàn)，服務實例的治理和調(diào)用。Service Mesh’s Control Plan 管理所有的 SideCar。

這個技術(shù)我就不多談了，網(wǎng)上的資料也很多，目前這個技術(shù)還不是很成熟，使用的范圍也不是很廣，只有一些大的公司有過使用，比如：微軟等。

 

微服務架構(gòu)必備技術(shù)棧

微服務是一種軟件設計、架構(gòu)思想，當然，里面也包含了相關(guān)技術(shù)點要解決當前要務。學習微服務，我們不能空口而談，一定要落實到具體的技術(shù)棧上。

當今使用比較多兩個技術(shù)體系，一個是 Java，另外一個就是 Net，廢話不多說，我是使用微軟相關(guān)技術(shù)棧的軟件架構(gòu)人員，當然使用的“微服務”架構(gòu)技術(shù)棧也都是微軟的。

今天我就把相關(guān)“微服務架構(gòu)”所用到的技術(shù)棧羅列出來，我也要說明一下，微服務架構(gòu)里面的很多技術(shù)是和開發(fā)語言無關(guān)的，無論是 .Net 還是 Java 平臺都可以使用。以后，一步一步的針對每項技術(shù)在做深入研究。

①服務通信

WebService、WCF、WebAPI，甚至可以是 ASHX，ASPX，這都是微軟本身的技術(shù)體系，沒什么可說的：

• 主動觸發(fā)
• 數(shù)據(jù)序列化傳遞
• 跨平臺
• 跨語言
• Http 穿透防火墻

②進程通信

Net Remoting：Net 平臺督郵的，不支持跨平臺。

gRPC：高性能、開源和通用 RPC 框架，面向服務端和移動端，基于 HTTP/2 設計，推薦使用。

③API 網(wǎng)關(guān)服務(Ocelot)

 

API 網(wǎng)關(guān)：它是系統(tǒng)的暴露在外部的一個訪問入口。這個有點像代理訪問的家伙，就像一個公司的門衛(wèi)承擔著尋址、限制進入、安全檢查、位置引導、等等功能。

Ocelot 是一個用 .NET Core 實現(xiàn)并且開源的 API 網(wǎng)關(guān)，它功能強大，包括了：路由、請求聚合、服務發(fā)現(xiàn)、認證、鑒權(quán)、限流熔斷。

并內(nèi)置了負載均衡器與 Service Fabric、Butterfly Tracing 集成。這些功能只都只需要簡單的配置即可完成。

如圖：

官網(wǎng)： 

https://ocelot.readthedocs.io/en/latest/index.html 

④認證&授權(quán)

 

現(xiàn)在的應用開發(fā)層出不窮，基于瀏覽器的網(wǎng)頁應用，基于微信的公眾號、小程序，基于 iOS、Android 的 App，基于 Windows 系統(tǒng)的桌面應用和 UWP 應用等等。

這么多種類的應用，就給應用的開發(fā)帶來的挑戰(zhàn)，我們除了分別實現(xiàn)各個應用外，我們還要考慮各個應用之間的交互，通用模塊的提煉，其中身份的認證和授權(quán)就是每個應用必不可少的的一部分。

而現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)，對于信息安全要求又十分苛刻，所以一套統(tǒng)一的身份認證和授權(quán)就至關(guān)重要。

IdentityServer4 就是這樣一個框架，IdentityServer4 是為 ASP.NET CORE 量身定制的實現(xiàn)了 OpenId Connect 和 OAuth2.0 協(xié)議的認證授權(quán)中間件。

項目地址：

https://github.com/IdentityServer/IdentityServer4 

⑤瞬態(tài)故障處理

 

Polly 它一款強大的類庫，Polly 是一種 .NET 彈性和瞬態(tài)故障處理庫，允許我們以非常順暢和線程安全的方式來執(zhí)諸如行重試，斷路，超時，故障恢復等策略。

Polly 針對 .NET 4.0，.NET 4.5 和 .NET Standard 1.1 以及 .NET Core 實現(xiàn)，該項目作者現(xiàn)已成為 .NET 基金會一員，項目一直在不停迭代和更新，你值得擁有。

項目地址：

https://github.com/App-vNext/Polly 

⑥分布式追蹤

 

隨著微服務架構(gòu)的流行，一些微服務架構(gòu)下的問題也會越來越突出，比如一個請求會涉及多個服務，而服務本身可能也會依賴其他服務，整個請求路徑就構(gòu)成了一個網(wǎng)狀的調(diào)用鏈。

而在整個調(diào)用鏈中一旦某個節(jié)點發(fā)生異常，整個調(diào)用鏈的穩(wěn)定性就會受到影響，所以會深深的感受到 “銀彈” 這個詞是不存在的，每種架構(gòu)都有其優(yōu)缺點 。

 

面對以上情況， 我們就需要一些可以幫助理解系統(tǒng)行為、用于分析性能問題的工具，以便發(fā)生故障的時候，能夠快速定位和解決問題，這時候 APM(應用性能管理)工具就該閃亮登場了。

項目地址：

https://github.com/SkyAPM/SkyAPM-dotnet 

⑦分布式日志

一般我們需要進行日志分析場景：直接在日志文件中 grep、awk 就可以獲得自己想要的信息。

但在規(guī)模較大也就是日志量多而復雜的場景中，此方法效率低下，面臨問題包括日志量太大如何歸檔、文本搜索太慢怎么辦、如何多維度查詢。

需要集中化的日志管理，所有服務器上的日志收集匯總。常見解決思路是建立集中式日志收集系統(tǒng)，將所有節(jié)點上的日志統(tǒng)一收集，管理，訪問。

大型系統(tǒng)通常都是一個分布式部署的架構(gòu)，不同的服務模塊部署在不同的服務器上，問題出現(xiàn)時，大部分情況需要根據(jù)問題暴露的關(guān)鍵信息，定位到具體的服務器和服務模塊，構(gòu)建一套集中式日志系統(tǒng)，可以提高定位問題的效率。

Exceptionless：是一個開源的實時的日志收集框架，它可以應用在基于 ASP.NET，ASP.NET Core，Web Api，Web Forms，WPF，Console，MVC 等技術(shù)棧的應用程序中，并且提供了Rest接口可以應用在 Javascript，Node.js 中。

它將日志收集變得簡單易用并且不需要了解太多的相關(guān)技術(shù)細節(jié)及配置。

在以前，我們做日志收集大多使用 Log4net，Nlog 等框架，在應用程序變得復雜并且集群的時候，可能傳統(tǒng)的方式已經(jīng)不是很好的適用了，因為收集各個日志并且分析他們將變得麻煩而且浪費時間。

現(xiàn)在 Exceptionless 團隊給我們提供了一個更好的框架來做這件事情，我認為這是非常偉大并且有意義的，感謝他們。 

 

官網(wǎng)： 

http://exceptionless.com/ 

GitHub：

https://github.com/exceptionless/Exceptionless 

ELK：是三個開源軟件的縮寫，分別為：Elasticsearch 、 Logstash以及Kibana , 它們都是開源軟件。

不過現(xiàn)在還新增了一個 Beats，它是一個輕量級的日志收集處理工具(Agent)，Beats 占用資源少，適合于在各個服務器上搜集日志后傳輸給 Logstash，官方也推薦此工具。

目前由于原本的 ELK Stack 成員中加入了 Beats 工具所以已改名為 Elastic Stack，推薦使用。

 

⑧分布式配置中心

 

Apollo(阿波羅)是攜程框架部門研發(fā)的配置管理平臺，能夠集中化管理應用不同環(huán)境、不同集群的配置，配置修改后能夠?qū)崟r推送到應用端，并且具備規(guī)范的權(quán)限、流程治理等特性。

服務端基于 Spring Boot 和 Spring Cloud 開發(fā)，打包后可以直接運行，不需要額外安裝 Tomcat 等應用容器。

Java 客戶端不依賴任何框架，能夠運行于所有 Java 運行時環(huán)境，同時對 Spring 環(huán)境也有較好的支持。.Net 客戶端不依賴任何框架，能夠運行于所有 .Net 運行時環(huán)境。

項目地址：

https://github.com/ctripcorp/apollo/ 

分布式鎖的解決方案有很多，我在這里就羅列一些：

• Consul 可以實現(xiàn)分布式鎖
• Redis 可以實現(xiàn)分布式鎖，推薦使用
• Zookeeper 可以實現(xiàn)分布式鎖
• 數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)分布式鎖

⑩分布式事務

分布式事務的實現(xiàn)方式也不少：

• 2PC(two-phase commit protocol，強一致性，沒有可用性)
• 3PC
• TCC(Try-Confirm-Cancel)
• 本地消息表，推薦 RabbitMQ
• Saga 模式

本地消息表：MQ 分布式事務—本地消息表—基于消息的一致性。

• 上有投遞消息
• 下游獲取消息
• 上游投遞穩(wěn)定性
• 下游接受穩(wěn)定性

⑪容器化

Docker 是一個開源的應用容器引擎，可以打包應用以及依賴包到一個可移植的鏡像中，然后發(fā)布到任何流行的 Linux 和Windows 機器上，也可以實現(xiàn)虛擬化。

Docker 使用客戶端-服務器 (C/S) 架構(gòu)模式，使用遠程 API 來管理和創(chuàng)建 Docker 容器。

Docker 容器通過 Docker 鏡像來創(chuàng)建。容器與鏡像的關(guān)系類似于面向?qū)ο缶幊讨械膶ο笈c類。

Docker 采用 C/S 架構(gòu) Docker daemon 作為服務端接受來自客戶的請求，并處理這些請求(創(chuàng)建、運行、分發(fā)容器)。

客戶端和服務端既可以運行在一個機器上，也可通過 Socket 或者 RESTful API 來進行通信。

Docker daemon 一般在宿主主機后臺運行，等待接收來自客戶端的消息。

Docker 客戶端則為用戶提供一系列可執(zhí)行命令，用戶用這些命令實現(xiàn)跟 Docker daemon 交互。

如圖： 

 

⑫容器編排

 

Kubernetes 是 Google 開源的一個容器編排引擎，它支持自動化部署、大規(guī)模可伸縮、應用容器化管理。

在生產(chǎn)環(huán)境中部署一個應用程序時，通常要部署該應用的多個實例以便對應用請求進行負載均衡。

在 Kubernetes 中，我們可以創(chuàng)建多個容器，每個容器里面運行一個應用實例，然后通過內(nèi)置的負載均衡策略，實現(xiàn)對這一組應用實例的管理、發(fā)現(xiàn)、訪問，而這些細節(jié)都不需要運維人員去進行復雜的手工配置和處理。

Kubernetes 也可以理解為 Docker 的編排容器，是管理應用的全生命周期的工具，從創(chuàng)建應用/部署，應用提供服務，擴容縮容，更新，都非常的方便，而且可以做到故障自愈。

中文社區(qū)：

http://docs.kubernetes.org.cn/ 

官網(wǎng)：

https://kubernetes.io/docs/home/ 

⑬CI/CD

 

Jenkins 是一個開源的、提供友好操作界面的持續(xù)集成(CI)工具，主要用于持續(xù)、自動的構(gòu)建/測試軟件項目、監(jiān)控外部任務的運行。

官網(wǎng)：

http://www.jenkins.org.cn/ 

結(jié)束語

好了，今天就分享到這里了，沒別的，就是做一下相關(guān)技術(shù)棧的記錄，以后有時間，再把每項技術(shù)仔細研究。

作者：可均可可

編輯：陶家龍

出處：https://www.cnblogs.com/PatrickLiu/