譯者 | 李睿

審校 | 重樓

在當今快節奏的軟件開發環境中，微服務已經成為一種流行的架構模式。但是什么是微服務呢?簡而言之，微服務是一種將應用程序構建為通過輕量級協議進行通信的松散耦合、細粒度服務的集合的方法。這種架構風格使企業的團隊能夠獨立地開發和部署服務，為軟件開發過程提供靈活性和可擴展性。

微服務背后的基本思想是將應用程序分解為更小的、自包含的服務，每個服務負責特定的業務功能。以網上購物應用程序為例，微服務架構允許用戶將搜索、購物車、支付和訂單歷史記錄等不同的功能識別為獨立的服務，而不是將整個應用程序視為一個整體的實體。這些服務可以單獨開發和維護，從而促進代碼模塊化，并增強整個系統的靈活性。

微服務的歷史

微服務是如何產生的呢?當一些軟件架構師認識到許多公司面臨的共同挑戰：構建太大而無法有效管理的系統時，微服務的概念得到了關注。他們意識到，超出定義邊界的系統在進行更改時會產生獨特的問題。因此，重點從維護現有組件轉移到構建可替換的系統。這種觀點的轉變催生了微服務方法。

微服務已經被廣泛采用，世界各地的公司都在積極采用這種架構風格。擁有大規模系統的企業發現，微服務是管理復雜性和提高可擴展性的有效解決方案。這些企業可能有數十個、數百個甚至數千個微服務和諧地協同工作。

要點

通過將應用程序組織到微服務中，企業的團隊可以獲得一些好處。首先，微服務支持獨立的發布周期。每個服務都可以自主地開發、測試和部署，從而減少依賴并實現更快的迭代。此外，團隊可以更容易地利用現成的服務，因為微服務允許與外部組件無縫集成。

雖然微服務提供了許多優勢，但它們也帶來了一些挑戰。仔細設計服務接口對于維護松耦合并將其視為公共API至關重要。在單個服務中擁有相同服務的多個版本或多個接口，以確保向后兼容性，并最大限度地減少對現有用戶的干擾，這種情況并不少見。這種方法需要縝密的計劃和對細節的關注。

微服務的另一個關鍵方面是信息隱藏的概念。每個微服務都封裝了自己的功能，并且只向外部世界公開了一個最小的、定義良好的接口。這促進了可以獨立更改的組件和難以修改的組件之間的清晰分離。輕量級協議（例如REST API或消息傳遞隊列）的使用允許微服務在保持其內部實現細節隱藏的同時進行高效通信。

微服務的好處

微服務在軟件開發行業中越來越受歡迎，因為它們提供了許多好處。這些優點有助于實現更高層次的目標，例如速度、安全性和規模。以下探討采用微服務架構的一些關鍵優勢：

• 更快的編譯和構建時間：使用微服務，開發人員可以體驗到更快的構建和編譯時間，這顯著地加快了整個開發過程。
• 更快的部署、更小的可部署規模：微服務允許每個組件的單獨部署，導致更小的可部署規模。這意味著與單片應用程序相比，將更改或更新部署到特定服務所需的時間更少。
• 自定義部署節奏：每個微服務都可以獨立部署，使企業能夠遵循自定義部署時間表。這種靈活性允許團隊按照自己的節奏發布更新和特性。
• 自定義部署監控：微服務為關鍵服務提供了細粒度監控和額外檢查的優勢。通過為每個微服務配置不同的監控策略，企業可以確保最佳的性能和可靠性。
• 獨立和可配置的自動化測試：微服務允許獨立和可配置的自動化測試。這意味著可以為每個微服務執行不同的測試，從而減少測試整個應用程序所需的時間和精力。
• 跨語言支持：微服務架構允許為不同的服務使用不同的技術和編程語言。這種靈活性允許開發人員選擇適合每個微服務特定需求的最佳工具和技術。
• 更簡單的API：微服務強調細粒度API的開發，這促進了服務之間清晰高效的通信。定義良好的API可以更容易地集成和組合系統內的不同服務。
• 水平擴展：微服務被設計為水平擴展，允許特定服務根據其需求獨立擴展。這種可擴展性方法減少了資源消耗，并實現了經濟高效的可擴展性。
• 故障隔離：微服務通過分離服務提供安全機制，防止重大系統故障在整個應用程序中級聯。這種故障隔離可以確保一個服務中的故障不會影響其他服務的正常運行。
• 可理解性：微服務由于其較小的代碼基數，有助于更好的代碼可維護性和可理解性。開發人員可以專注于特定的服務，從而在需要時更容易理解和修改代碼。
• 成本優化：通過在低級實例上運行不同的應用程序組件，微服務允許企業在不影響性能的情況下優化成本。硬件需求的靈活性為選擇經濟有效的解決方案提供了更多的自由。
• 分布式開發：微服務促進組件的獨立開發，這對分布式團隊特別有利。開發人員可以處理單獨的服務，從而支持并行開發和更快的迭代周期。
• 技術自由：微服務使企業能夠更容易地采用和試驗新技術。每個微服務都可以作為新技術的試驗場，從而降低在單片應用程序中采用這些技術的風險。
• 獨立決策：開發人員可以自由地為每個微服務做出有關編程語言、庫和工具的決策。這種自主權促進了分布式決策，并使開發人員能夠根據他們的特定需求選擇最佳解決方案。
• 消除不必要的依賴：微服務有助于識別和消除組件之間不需要的依賴。通過解耦服務，企業可以將某些服務的使用限制在應用程序的特定部分，從而提高整體的模塊化和可維護性。

微服務的挑戰

與任何其他解決方案一樣，微服務也有其缺點和局限性。以下討論微服務架構的一些缺點：

• 更高的資源開銷：當一個應用程序被分成多個組件，每個組件作為一個單獨的服務運行時，它需要這些組件之間通過網絡進行通信。這會導致網絡流量、延遲和I/O使用增加，從而導致更高的資源開銷。此外，單獨運行每個組件會消耗更多的CPU和內存資源，進一步增加資源需求。
• 調試困難：在微服務環境中，故障排除和調試變得更具挑戰性。當請求失敗時，開發人員需要訪問處理請求所涉及的多個服務的日志，以確定失敗的原因。服務的這種分布式特性使得調試更加復雜和耗時。
• 集成測試：將系統分解為微服務需要構建一套全面的集成測試，以確保每個組件的兼容性和可用性。編寫和維護這些測試既耗時又耗費資源，因為它涉及到測試多個服務之間的交互。
• 一致性和事務：微服務架構經常導致數據分散在整個系統中。雖然這種分離有助于解耦和獨立性，但它使維護一致性和執行需要跨多個服務進行原子更改的事務操作變得具有挑戰性。
• 分歧：微服務架構中的不同服務可能使用不同版本的庫，包括不兼容或過時的庫。依賴關系的分歧使得執行系統升級和解決問題（包括軟件漏洞修復）變得困難。
• 技術債務可解決性：在每個組件由不同團隊擁有的分布式系統中，解決技術債務變得更具挑戰性。跨多個團隊協調和確定債務解決的優先級可能既復雜又耗時。
• 可觀察性：在微服務架構中管理多個應用程序在收集和利用系統事件、日志、跟蹤和指標方面引入了額外的復雜性。確保適當的可觀測性，需要從所有應用程序收集信號并使其可用于分析，這可能是一項重要的工作。
• 可能的重復和重疊功能：在分布式開發環境中，多個組件執行相似的角色并不罕見。需要在系統內設置清晰的邊界，以避免重復，并確保組件具有良好定義的職責。
• 所有權和責任：由于不同的團隊維護和開發獨立的組件，這使得定義明確的所有權合同變得至關重要。所有權定義了與開發請求、安全性、支持問題和維護工作相關的責任。

什么時候應該使用微服務

微服務架構在各種場景下都能很好地工作：

• 多個獨立工作的開發人員：企業經常采用微服務，以允許更多的開發人員在同一個系統上工作，而不會產生沖突。通過適當的架構和組織邊界，微服務支持獨立工作并減少交付爭用。
• 可擴展性和增長：快速增長的公司，尤其是那些規模達到100人以上的公司，會發現使用一個一致性強的微服務架構更容易適應增長。根據需要擴大或縮小服務的能力提供了對系統可擴展性的經濟有效的控制。
• 軟件即服務(SaaS)應用：微服務非常適合需要全天候運行和頻繁更新的SaaS應用。微服務的獨立發布能力簡化了變更的推出，并且可以根據需求進行擴展。
• 云平臺兼容性：微服務可以有效地與云平臺協同工作，充分利用各種可用的服務和部署機制。用戶可以根據特定需求選擇最合適的云服務，例如將一些服務部署為功能，將其他服務部署為托管虛擬機，以及將一些服務部署在托管平臺即服務(PaaS)平臺上。
• 面向未來變化的靈活性：微服務架構為系統演化提供了靈活性。雖然這是有代價的，但它允許用戶為未來的更改保留選擇，并輕松采用新技術或方法。

微服務小貼士

以下是一些關鍵的建議：

• 不要太早引入微服務：如果產品仍然定義松散，或者可能會發生重大變化，最好避免過早使用微服務架構。在開發的早期階段，可能會有許多更改，從單一應用程序開始，然后隨著定義清晰的業務功能和邊界而逐漸將其拆分，這樣可以減少不必要的工作，并在組件之間建立適當的接口。
• 不搞一刀切：每個公司都是獨一無二的，采用微服務的決定應該考慮團隊規模、分布和地理等因素。小型的本地團隊可能會發現采用單一應用程序就足夠了，而地理上分散的團隊則可以從多個微服務的靈活性中受益。
• 針對故障的設計：在微服務架構中，組件之間存在大量交互，通常是通過遠程調用和事件。這增加了失敗的可能性，例如網絡超時或客戶端錯誤。在構建系統時要考慮故障場景，并計劃不同的處理方法。
• 投資自動化：擁有更多獨立的組件，嚴格的檢查和自動化成為確保服務之間穩定集成的必要條件。投資于可靠的自動化對于實現高度的可靠性和安全的變更部署至關重要。
• 避免分層：雖然根據組織結構拆分應用程序似乎很方便，但這并不總是最好的方法。與其相反，應該定義清晰的領域和業務功能，圍繞這些領域和業務功能構建代碼，并關注組件如何相互交互。這種方法可能需要更多的努力，但是在系統組成和靈活性方面的回報是值得的。
• 投資集成測試：對微服務之間的集成進行全面的自動化測試是必不可少的。確保各種服務無縫地協同工作。
• 考慮向后兼容性：保持更改向后兼容以確保安全部署非常重要。版本控制等技術可以在引入新特性時幫助管理兼容性。

例子

微服務提供的靈活性、可擴展性和模塊化使它們成為構建大型復雜系統的熱門選擇。以下是微服務在不同行業中應用的幾個例子：

• Netflix：Netflix使用微服務架構構建了自己的流媒體平臺。每個組件(如用戶管理、推薦引擎和視頻流)都作為單獨的微服務實現。這使他們能夠獨立地擴展系統的不同部分，并快速適應不斷變化的需求。
• 優步：優步的平臺建立在微服務的基礎上，可以處理各種功能，例如用戶管理、乘車預約、實時跟蹤、支付處理和司機調度。微服務使它們能夠處理高流量、分配工作負載和快速引入新特性。
• Airbnb：Airbnb利用微服務為其住宿預訂平臺提供動力。不同的微服務處理屬性列表、搜索和過濾、預訂、支付和消息傳遞等功能。微服務允許Airbnb有效地擴展其系統，并提供無縫的預訂體驗。
• Spotify：Spotify采用微服務為數百萬用戶提供個性化的音樂流媒體服務。它們使用微服務來實現用戶認證、音樂推薦、播放列表管理和音頻播放等功能。這種模塊化架構幫助他們快速迭代，并為用戶提供個性化的體驗。
• 亞馬遜：亞馬遜的電子商務平臺嚴重依賴微服務。每個服務處理特定的功能，例如產品目錄、庫存管理、支付處理、客戶評論和訂單履行。微服務使亞馬遜能夠擴展其平臺，處理高流量，并提供無縫的購物體驗。

結論

微服務提供靈活性、可擴展性和獨立開發，使它們成為各種情況下有價值的架構。但是，企業有必要評估自己的具體情況，并將其與微服務帶來的好處和挑戰相結合，以確定微服務是否適合自己的應用程序。

原文標題：Microservices Decoded: Unraveling the Benefits, Challenges, and Best Practices for APIs，作者：Piyush Tripathi