第一章基础知识

r囧r小猫 2023-02-20 02:56 6阅读 0赞

### 什么是微服务架构？ ###

**微服务是系统架构上的一种设计风格，它的主旨是将一个原本独立的系统拆分成多个小型服务，这些小型服务都在各自独立的进程中运行，服务之间通过基于HTTP的RESTful API进行通信协作。被拆分成的每一个小型服务都围绕着系统中的某一项或一些耦合度较高的业务功能进行构建，并且每个服务都维护着自身的数据存储、业务开发、自动化测试案例以及独立部署机制**。由于有了轻量级的通信协作基础，所以这些微服务可以使用不同的语言来编写。

**单体架构**：在业务发展初期，由于所有的业务逻辑在一个应用中，开发、测试、部署都还比较容易且方便。但是，随着企业的发展，系统为了应对不同的业务需求会不断为该单体项目增加不同的业务模块，不断扩大的需求会使得单体应用变得越来越腕肿。单体应用的问题就逐渐凸显出来，由于单体系统部署在一个进程内，往往我们修改了一个很小的功能，为了部署上线会影响其他功能的运行。并且**单体应用中的各个功能模块的使用场景、并发量、消耗的资源类型都各有不同，对于资源的利用又互相影响，这样使得我们对各个业务模块的系统容量很难给出较为准确的评估**。所以单体系统在初期虽然可以非常方便地进行开发和使用，但是随着系统的发展，维护成本会变得越来越大且难以控制。

**微服务架构**：为了解决单体系统变得庞大脯肿之后产生的难以维护的问题，微服务架构诞生了并被大家所关注。**我们将系统中的不同功能模块拆分成多个不同的服务，这些服务都能够独立部署和扩展。由于每个服务都运行在自己的进程内，在部署上有稳固的边界，这样每个服务的更新都不会影响其他服务的运行。同时，由于是独立部署的，我们可以更准确地为每个服务评估性能容量，通过配合服务间的协作流程也可以更容易地发现系统的瓶颈位置，以及给出较为准确的系统级性能容量评估。**

### 微服务引发的问题 ###

在实施微服务之前，我们必须要知道，微服务虽然有非常多吸引人的优点，但是也因为服务的拆分引发了诸多原本在单体应用中没有的问题。

*  **运维的新挑战**：在微服务架构中，运维人员需要维护的进程数量会大大增加。有条不紊地将这些进程编排和组织起来不是一件容易的事，传统的运维人员往往很难适应这样的改变。我们需要运维人员有更多的技能来应对这样的挑战，运维过程需要更多的自动化，这就要求运维人员具备一定的开发能力来编排运维过程并让它们能自动运行起来。
 *  **接口的一致性**：**虽然我们拆分了服务，但是业务逻辑上的依赖并不会消除，只是从单体应用中的代码依赖变为了服务间的通信依赖**。而**当我们对原有接口进行了一些修改，那么交互方也需要协调这样的改变来进行发布以保证接口的正确调用**。我们需要更完善的接口和版本管理，或是严格地遵循开闭原则。
 *  **分布式的复杂性**：**由于拆分后的各个微服务都是独立部署并运行在各自的进程内，它们只能通过通信来进行协作，所以分布式环境的问题都将是微服务架构系统设计时需要考虑的重要因素，比如网络延迟、分布式事务、异步消息等。**

### 微服务架构的九大特性 ###

*  **服务组件化**：
    
    组件，是一个可以独立更换和升级的单元。就像PC中的CPU、内存、显卡、硬盘一样，独立且可以更换升级而不影响其他单元。 在微服务架构中，需要我们对服务进行组件化分解。服务是一种进程外的组件，它通过HTTP等通信协议进行协作，而不是像传统组件那样以嵌入的方式协同工作。每一个服务都独立开发、部署，可以有效避免一个服务的修改引起整个系统的重新部署。 打一个不恰当的比喻，如果我们的PC组件以服务的方式构建，那么只维护主板和一些必要外设之后，计算能力通过一组外部服务实现，我们只需要告诉PC从哪个地址来获得计算能力，通过服务定义的计算接口来实现我们使用过程中的计算需求，从而实现CPU组件的服务化。这样原本复杂的PC服务得到了轻量化的实现，我们甚至只需要更换服务地址就能升级PC的计算能力。
 *  **按业务组织团队** 当决定如何划分微服务时，通常也意味着我们要开始对团队进行重新规划与组织。按以往的方式，我们往往会从技术的层面将团队划分为多个，比如DBA团队、运维团队、后端团队、前端团队、设计师团队等。若我们继续按这种方式组织团队来实施微服务架构开发，当有一个服务出现问题需要更改时，可能是一个非常简单的变动，比如对人物描述增加一个字段，这需要从数据存储开始考虑一直到设计和前端，虽然大家的修改都非常小，但这会引起跨团队的时间耗费和预算审批。 在实施微服务架构时，需要采用不同的团队分割方法。由于每一个微服务都是针对特定业务的宽栈或是全栈实现，既要负责数据的持久化存储，又要负责用户的接口定义等各种跨专业领域的职能。因此，面对大型项目的时候，对于微服务团队的拆分更加建议按业务线的方式进行拆分，一方面可以有效减少服务内部修改所产生的内耗;另一方面，团队边界可以变得更为清晰。
 *  **做“产品”的态度** 在实施微服务架构的团队中，每个小团队都应该以做产品的方式，对其产品的整个生命周期负责。而不是以项目的模式，以完成开发与交付并将成果交接给维护者为最终目标。 开发团队通过了解服务在具体生产环境中的情况，可以增加他们对具体业务的理解，比如，很多时候，一些业务中发生的特殊或异常情况，很可能产品经理都并不知晓，但细心的开发者很容易通过生产环境发现这些特殊的潜在问题或需求。 所以，我们需要用做“产品”的态度来对待每一个微服务，持续关注服务的运作情况，并不断分析以帮助用户来改善业务功能。
 *  **智能端点与哑管道** 在单体应用中，组件间直接通过函数调用的方式进行交互协作。而在微服务架构中，由于服务不在一个进程中，组件间的通信模式发生了改变，若仅仅将原本在进程内的方法调用改成RPC方式的调用，会导致微服务之间产生烦琐的通信，使得系统表现更为糟糕，所以，我们需要更粗粒度的通信协议。 在微服务架构中，通常会使用以下两种服务调用方式：
    
     *  第一种，使用HTTP的RESTfulAPI或轻量级的消息发送协议，实现信息传递与服务调用的触发。
     *  第二种，通过在轻量级消息总线上传递消息，类似RabbitMQ等一些提供可靠异步交换的中间件。
    
    在极度强调性能的情况下，有些团队会使用二进制的消息发送协议，例如protobuf。即使是这样，这些系统仍然会呈现出“智能瑞点和哑管道”的特点，这是为了在易读性与高效性之间取得平衡。当然大多数Web应用或企业系统并不需要在这两者间做出选择，能够荻得易读性已经是一个极大的胜利了。 ——MartinFowler
 *  **去中心化治理** 当我们采用集中化的架构治理方案时，通常在技术平台上都会制定统一的标准，但是每一种技术平台都有其短板，这会导致在碰到短板时，不得不花费大力气去解决，并且可能因为其底层原因解决得不是很好，最终成为系统的瓶颈。 在实施微服务架构时，通过采用轻量级的契约定义接口，使得我们对于服务本身的具体技术平台不再那么敏感，这样整个微服务架构系统中的各个组件就能针对其不同的业务特点选择不同的技术平台，不会再出现杀鸡用牛刀或是杀牛用指甲钳的尴尬处境了。
 *  **去中心化管理数据**
    
    我们在实施微服务架构时，都希望让每一个服务来管理其自有的数据库，这就是数据管理的去中心化。 在去中心化过程中，我们除了将原数据库中的存储内容拆分到新的同平台的其他数据库实例中之外(如把原本存储在MySQL中的表拆分后，存储到多个不同的MySQL实例中)，也可以将一些具有特殊结构或业务特性的数据存储到一些其他技术的数据库实例中(如把 日志信息存储到MongoDB中或把用户登录信息存储到Redis中)。 **虽然数据管理的去中心化可以让数据管理更加细致化，通过采用更合适的技术可让数据存储和性能达到最优。但是，由于数据存储于不同的数据库实例中后，数据一致性也成为微服务架构中亟待解决的问题之一**。分布式事务本身的实现难度就非常大，**所以在微服务架构中，我们更强调在各服务之间进行“无事务”的调用，而对于数据一致性，只要求数据在最后的处理状态是一致的即可；若在过程中发现错误，通过补偿机制来进行处理，使得错误数据能够达到最终的一致性**。
 *  **基础设施自动化**
    
    近年来云计算服务与容器化技术的不断成熟，运维基础设施的工作变得越来越容易。但是，当我们实施微服务架构时，数据库、应用程序的个头虽然都变小了，但是因为拆分的原因，数量成倍增长。这使得运维人员需要关注的内容也成倍增长，并且操作性任务也会成倍增长，这些问题若没有得到妥善解决，必将成为运维人员的噩梦。所以，在微服务架构中，务必从一开始就构建起“待续交付”平台来支撑整个实施过程，该平台需要两大内容，缺一不可。
    
     *  **自动化测试**：每次部署前的强心剂，尽可能地获得对正在运行的软件的信心。
     *  **自动化部署**：解放烦琐枯燥的重复操作以及对多环境的配置管理。
 *  **容错设计** 在单体应用中，一般不存在单个组件故障而其他部件还在运行的情况，通常是一挂全挂。而在微服务架构中，由于服务都运行在独立的进程中，所以存在部分服务出现故障，而其他服务正常运行的情况。比如，当正常运作的服务B调用到故障服务A时，因故障服务A没有返回，线程挂起开始等待，直到超时才能释放，而此时若触发服务B调用服务A的请求来自服务C，而服务C频繁调用服务B时，由千其依赖服务A，大量线程被挂起等待，最后导致服务A也不能正常服务，这时就会出现故障的荽延。 所以，**在微服务架构中，快速检测出故障源并尽可能地自动恢复服务是必须被设计和考虑的**。通常，我们都希望在每个服务中实现监控和日志记录的组件，比如服务状态、断路器状态、吞吐量、网络延迟等关键数据的仪表盘等。
 *  **演进式设计** 通过上面的几点特征，我们已经能够体会到，要实施一个完美的微服务架构，需要考虑的设计与成本并不小，对千没有足够经验的团队来说，甚至要比单体应用付出更多的代价。 所以，在很多情况下，架构师都会以演进的方式进行系统的构建。在初期，以单体系统的方式来设计和实施，一方面系统体量初期并不会很大，构建和维护成本都不高。另一方面，初期的核心业务在后期通常也不会发生巨大的改变。随着系统的发展或者业务的需要，架构师会将一些经常变动或是有一定时间效应的内容进行微服务处理，并逐渐将原来在单体系统中多变的模块逐步拆分出来，而稳定不太变化的模块就形成一个核心微服务存在于整个架构之中。

### 为什么使用SpringCloud？ ###

SpringCloud的出现，可以说是对微服务架构的巨大支持和强有力的技术后盾。**它不像一些框架一样只是解决微服务中的某一个问题，而是一个解决微服务架构实施的综合性解决框架，它整合了诸多被广泛实践和证明过的框架作为实施的基础部件，又在该体系基础上创建了一些非常优秀的边缘组件**。

打个不太恰当的比喻：我们自己对各个问题选择框架来实施微服务架构就像在DIY电脑一样，我们对各环节的选择自由度很高，但是最终结果很有可能因为一条内存质量不行就点不亮了，总是让人不怎么放心。当然，如果你是一名高手，这些自然都不是问题，然而千军易得、良将难求。而使用SpringCloud来实施就像直接购买品牌机一样，在Spring社区的整合之下，做了大量的兼容性测试，保证了其拥有更好的稳定性，如果要在SpringCloud架构下使用非原装组件时，就需要对其基础有足够的了解。

### SpringCloud简介 ###

SpringCloud是一个基于SpringBoot实现的微服务架构开发工具。它为微服务架构中涉及的配置管理、服务治理、断路器、智能路由、微代理、控制总线、全局锁、决策竞选、分布式会话和集群状态管理等操作提供了一种简单的开发方式。 SpringCloud包含了多个子项目(针对分布式系统中涉及的多个不同开源产品，还可能会新增)，如下所述。

*  `SpringCloudConfig`：配置管理工具，支持使用Git存储配置内容，可以使用它实现应用配置的外部化存储，并支持客户端配置信息刷新、加密/解密配置内容等。
 *  SpringCloud Netflix
    
    ：核心组件，对多个NetflixOSS开源套件进行整合。
    
     *  Eureka：服务治理组件，包含服务注册中心、服务注册与发现机制的实现。
     *  Hystrix：容错管理组件，实现断路器模式，帮助服务依赖中出现的延迟和为故障提供强大的容错能力。
     *  Ribbon：客户端负载均衡的服务调用组件。
     *  Feign：基于伈bbon和Hystrix的声明式服务调用组件。
     *  Zuul：网关组件，提供智能路由、访问过滤等功能。
     *  Archaius：外部化配置组件。
 *  `SpringCloudBus`：事件、消息总线，用于传播集群中的状态变化或事件，以触发后续的处理，比如用来动态刷新配置等。
 *  `SpringCloudCluster`：针对ZooKeeper、Redis、Hazelcast、Consul的选举算法和通用状态模式的实现。
 *  `SpringCloud Cloudfoundry`：与PivotalCloudfoundry的整合支持。
 *  `SpringCloud Consul`：服务发现与配置管理工具。
 *  `SpringCloud Stream`：通过Redis、Rabbit或者Kafka实现的消费微服务，可以通过简单的声明式模型来发送和接收消息。
 *  `SpringCloud AWS`：用千简化整合AmazonWebService的组件。
 *  `SpringCloud Security`：安全工具包，提供在Zuul代理中对0Auth2客户端请求的中继器
 *  `SpringCloud Sleuth`：SpringCloud应用的分布式跟踪实现，可以完美整合Zip虹n。
 *  `SpringCloud ZooKeeper`：基于ZooKeeper的服务发现与配置管理组件。
 *  `SpringCloud Starters`：SpringCloud的基础组件，它是基于SpringBoot风格项目的基础依赖模块。
 *  `SpringCloud CLI`：用于在Groovy中快速创建SpringCloud应用的SpringBootCLI

### 版本说明 ###

当我们通过搜索引擎查找一些SpringCloud的文章或示例时，往往可以在依赖中看到很多不同的版本名字，比如Angel.SR6、Brixton.SR5等，为什么SpringCloud没有像其他Spring的项目使用类似l.x.x的版本命名规则呢?这些版本之间又有什么区别呢?在学习之初，非常有必要弄清楚这些版本的意义和内容，这样才能在我们使用SpringCloud时，指导我们选择更为合适的版本进行架构与开发。

### 版本名与版本号 ###

**由于SpringCloud不像Spring社区其他一些项目那样相对独立，它是一个拥有诸多子项目的大型综合项目，可以说是对微服务架构解决方案的综合套件组合，其包含的各个子项目也都独立进行着内容更新与迭代，各自都维护着自己的发布版本号。因此每一个SpringCloud的版本都会包含多个不同版本的子项目，为了管理每个版本的子项目清单，避免SpringCloud的版本号与其子项目的版本号相混淆，没有采用版本号的方式，而是通过命名的方式。** 这些版本的名字采用了伦敦地铁站的名字，根据字母表的顺序来对应版本时间顺序，比如最早的Release版本为Angel，第二个Release版本为Brixton…经过上面的解释，不难猜出，之前所提到的AngelS.R6、BrixtonS.RS中的SR6、SRS就是版本号了。 当一个版本的SpringCloud项目的发布内容积累到临界点或者一个严重bug解决可用后，就会发布一个"service releases"版本，简称SRX版本，其中X是一个递增的数字，所以BrixtonS.RS就是Brixton的第5个Release版本。