一篇带你了解微服务vs.单体架构

背景

微服务

介绍

微服务这个概念最早是在2011年5月威尼斯的一个软件架构会议上讨论并提出的，用于描述一些作为通用架构风格的设计原则。2012年3月在波兰克拉科夫举行的33rd Degree Conference大会上，Thoughtworks首席咨询师James Lewis做了题为《Microservices - Java, the Unix Way》的演讲，这次演讲里James讨论了微服务的一些原则和特征，例如单一服务职责、自动扩展、DDD等等。微服务架构则是由Fred George在2012年的一次会议上提出来，在大会的演讲中他讲解了如何分拆服务以及如何利用MQ来进行服务间的解耦，这就是最早的微服务架构雏形。而后由Martin Fowler发扬光大并且在2014年发表了一篇著名的微服务文章，这篇文章深入全面的讲解了什么是微服务架构。随后，微服务架构逐渐成为一种非常流行的架构模式，一大批的技术框架和文章涌现出来，越来越多的公司借鉴和使用微服务架构相关的技术。

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架构特点

• 围绕业务功能进行组织(organized around business capability)，不再是以前的纵向切分，而改为按业务功能横向划分，一个微服务最好由一个小团队针对一个业务单元来构建。
• 做产品而非做项目(product not project)，不再是做完一个个项目，交付后就完工了，而是做产品，从设计编码到产品运维，做到全过程掌控和负责，即自己构建，自己运维(you build it，you run it)。
• 智能终端加简单通道(smart endpoints and dumb pipe)，使用基于资源的API，将大量逻辑放在客户端，而服务器端则着重于提供资源，推荐基于Web而不是在Web之后做复杂逻辑(be of the Web，not behind the Web)。
• 去中心化管理(decentralized governance)，自行其是，自我管理，不必局限在一个系统里，不必围绕着一个中心。
• 去中心化数据管理(decentralized data management)，只管理和维护自己的数据，相互之间互不直接访问彼此的数据，只通过API来存取数据。
• 基础设施自动化(infrastructure automation)，每个微服务应该关注于自己的业务功能实现，基础设施应该尽量自动化——构建自动化、测试自动化、部署自动化、监控自动化。
• 为应对失败而设计(design for failure)，设计之初就要考虑高可靠性(high reliability)和灾难恢复(disaster recover)，并考虑如何着手进行错误监测和错误诊断。
• 演进式设计(evolutionary design)，没有完美的架构，唯一不变的是变化。要善于应对变化，容易改变其设计和实现，因为其小，故而易变。

架构特征

一个微服务的架构应该具有以下特征：

• 容易被替换和升级。比如以前用 Ruby快速开发的原型可以由用Java实现的微服务代替，因为服务接口没变，所以也没有什么影响。
• 职责独立完整。按功能单元组织服务，职责最好相对独立和完整，以避免对其他服务有过多的依赖和交互。
• 可选择最适合自己的技术方案。服务性质不同会影响技术选型，比如账户的注册和登录完全可以由Ruby on Rails、Python Django这些脚本框架来实现。但是，对于音/视频流的编解码和处理，最好用C/C++甚至汇编语言来写。其他的诸如数据库的选型、ORM或MVC框架的选择，都可以随机应变，按照业务和技术的具体需求，根据团队的技术栈和人员现状选择最适合的方案。
• 架构由层次化转向扁平化。服务内部可以进行适当的分层，服务之间尽量扁平化，不要引入过多的层次。

架构风格

微服务可以采用多种风格，但是一个“生态系统”内存最好遵从统一的风格和要求。微服务基本上都具有以下风格：

• 短小精悍、独立自治：只做一个业务并专注地做好它。
• 自动化部署和测试：相比大而全的单个服务，微服务会有更多的进程，更多的服务接口，更多不同的配置，如果不能将部署和测试自动化，微服务所带来的好处将会大大逊色。
• 尽量减少运维的负担：微服务的增多可能会导致运维成本增加，监控和诊断故障也可能更困难，所以要未雨绸缪，在一开始的设计阶段，就要充分考虑如何及时地发现问题和解决问题。
• 拥抱失效与故障：微服务的高可靠性设计和防错性设计是与生俱来的，分布在不同的机器、地域上的服务所用到的硬件和网络等随时可能出问题，而这些问题要对服务质量没有任何影响。
• 每个服务都是灵活易变、可伸缩、可扩展、可组合的：微服务为应对变化提供了更多的可能，就像乐高积木，可以随意增减组合，拼出不同的产品。

单体架构

介绍

单体架构(Monolithic Architecture)是一种将所有功能打包在一个容器中运行的设计风格，一个实例中集成了一个系统的所有功能。通过负载均衡软件/设备实现多实例调用，单体架构比较初级，典型的三级架构，前端(Web/手机端)+中间业务逻辑层+数据库层。单体架构的应用比较容易部署、测试， 在项目的初期，单体应用可以很好地运行。然而，随着需求的不断增加， 越来越多的人加入开发团队，代码库也在飞速地膨胀。慢慢地，单体应用变得越来越臃肿，可维护性、灵活性逐渐降低，维护成本越来越高

架构特点

• 结构简单，容易理解：对于开发人员而言，这是非常重要的一点。经典的分层架构已经相对比较成熟，更容易被更多的开发人员所理解和接受，学习成本也相对比较低，对团队本身的要求也不是特别高。这不仅使得系统的设计和开发都相对比较容易，而且出错的几率也会相对低一些。用现在时髦的词语说，就是“坑相对较少”，开发实现都可以“踩在踩坑人的背上前进”
• 实现数据一致性相对比较容易，通过本地事务或者分布式事务可以方便有效地保证数据一致性
• 部署简单方便：比如这里的在线课程系统，可以方便快速地打包成WAR包，部署到Jetty或者Tomcat容器中，也可以是一个部署在IIS中的.NET解决方案。无论哪种，一次部署完成即可运行整个应用程序
• 持续集成策略的设计相对容易：基本上团队可以根据项目的实际情况很容易地设计出持续集成方案，很多情况下，整套解决方案会放在同一个代码库中，根据持续集成策略，项目的持续交付也不会有太大压力

问题

我们从目前中大型项目的业务形态、复杂度及响应速度等维度回看单体架构时可以发现它存在如下几个问题：

• 扩展性差 很难梳理功能依赖清单，一个功能点的变更往往很难评估其影响模块进而无法有效地组织测试，测试与发布都会需要整体部署，非常耗时。笔者早期参与过多个单体架构，个别项目代码量上百万，四五十号人共同开发，一个版本的迭代最少一个季度，一次部署需要近半个小时，而这还不是最糟糕的，有些单体架构的系统部署启动就要一天的时间，这对崇尚小版本快迭代的互联网产品几乎是不可接受的
• 无法实现复杂业务 一个容器中实现所功能，服务耦合性高，需要极为精巧的设计。大家都了解过GoF的设计模式，但为什么实际开发中很少直接接触?一方面框架为我们做了很多封装，设计模式已融入了框架的最佳实践或编码规范之中，另一方面SOA化、微服务化让每个模块的代码尽可能地简洁明了，大家更多的工作只聚焦于业务的代码实现，在单体架构中为了实现业务解耦可能会大量地使用装饰器、观察者、适配器等，这无形中又提升了开发的门槛，能否聚焦业务实现而非架构设计是衡量一种架构好差的重要标准，后续我们会看到在Serverless下极致的体现
• 技术升级困难 牵一发而动全身，无法模块化地实现技术框架的升级。在项目生命周期内我们不可能不去升级依赖框架/类库的版本，更有甚者会重新选择基础框架，比如从早期的struts到struts2再到spring mvc、spring boot，每一次变更都会伤筋动骨，但我们又不得不做，项目要可持续，试想现在还有谁会用struts或struts2呢?温和的、可循序渐进的技术升级也是我们所期望的
• 开发效率低 每个成员都需要有完整的环境依赖，开发环境的搭建成本高，协同开发时版本冲突频繁，一个有问题的提交可能会影响其他所有同事的开发调试。达到一定代码量后编译慢启动慢，一次调试启动可能都要5、6分钟
• 不利于安全管理 所有开发人员都拥有全量代码，在安全管控上存在很大风险，尤其是对用大量外包人员或新招大量开发人员的团队。个别公司要求员工用虚拟桌面(一种集中存储、操作受限的虚拟环境)以避免代码外流，但这种开发体验差、受员工抵触，故普及度极低

总结

微服务架构与传统的单体架构带来的商业利益是显著的。如果部署得当，基于微服务的架构可以帮助业务避免欠下技术债务，以及大幅提高效率的重大价值。但是微服务服务架构带来的灵活性同时也呈现出一定的复杂性。微服务较传统的单体架构优势如下：

• 敏捷性：通过将功能分解到最基本的级别然后抽象相关服务，研发可以只专注于更新应用程序的相关部分。这消除了通常与单体应用程序相关的痛苦的集成过程。微服务加速了开发，将其转变为可在数周而非数月内完成的流程。
• 效率：微服务架构可以更有效地使用代码和底层基础设施。通过减少运行特定应用程序所需的基础架构数量，可以节省多达50%的成本，这种情况并不少见。
• 弹性：通过在多个服务之间分散功能，可以消除应用程序对单点故障的敏感性。从而使应用程序能够更好地运行，减少停机时间并可按需扩展。
• 收益：更快的迭代和更短的停机时间可以帮助增加收益。随着微服务的不断改进，用户保留和参与度也会提高

网页题目：一篇带你了解微服务vs.单体架构
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