微服务的概念最早是在 2014 年由 Martin Fowler 和 James Lewis 共同提出,他们定义了微服务是由单一应用程序构成的小服务,拥有自己的进程与轻量化处理,服务依业务功能设计,以全自动的方式部署,与其他服务使用 HTTP API 通讯。同时,服务会使用最小规模的集中管理 (例如 Docker)技术,服务可以用不同的编程语言与数据库等。
定义有点抽象,接下来我来帮你理解到底什么是微服务?
单体应用
在开聊微服务之前,我先要你和介绍下单体应用。如果你不知道单体应用的痛,那也不会深刻理解微服务的价值。
以 MVC 架构为例,业务通常是通过部署一个 WAR 包到 Tomcat 中,然后启动 Tomcat,监听某个端口即可对外提供服务。早期在业务规模不大、开发团队人员规模较小的时候,采用单体应用架构,团队的开发和运维成本都可控。
然而随着业务规模的不断扩大,团队开发人员的不断扩张,单体应用架构就会开始出现问题。我估计经历过业务和团队快速增长的同学都会对此深有感触。从我的角度来看,大概会有以下几个方面的问题。
- 部署效率低下。以我实际参与的项目为例,当单体应用的代码越来越多,依赖的资源越来越多时,应用编译打包、部署测试一次,甚至需要 10 分钟以上。这也经常被新加入的同学吐槽说,部署测试一次的时间,都可以去楼下喝杯咖啡了。
- 团队协作开发成本高。以我的经验,早期在团队开发人员只有两三个人的时候,协作修改代码,最后合并到同一个 master 分支,然后打包部署,尚且可控。但是一旦团队人员扩张,超过 5 人修改代码,然后一起打包部署,测试阶段只要有一块功能有问题,就得重新编译打包部署,然后重新预览测试,所有相关的开发人员又都得参与其中,效率低下,开发成本极高。
- 系统高可用性差。因为所有的功能开发最后都部署到同一个 WAR 包里,运行在同一个 Tomcat 进程之中,一旦某一功能涉及的代码或者资源有问题,那就会影响整个 WAR 包中部署的功能。比如我经常遇到的一个问题,某段代码不断在内存中创建大对象,并且没有回收,部署到线上运行一段时间后,就会造成 JVM 内存泄露,异常退出,那么部署在同一个 JVM 进程中的所有服务都不可用,后果十分严重。
- 线上发布变慢。特别是对于 Java 应用来说,一旦代码膨胀,服务启动的时间就会变长,有些甚至超过 10 分钟以上,如果机器规模超过 100 台以上,假设每次发布的步长为 10%,单次发布需要就需要 100 分钟之久。因此,急需一种方法能够将应用的不同模块的解耦,降低开发和部署成本。
想要解决上面这些问题,服务化的思想也就应运而生。
微服务
在我看来,服务化就是把传统的单机应用中通过 JAR 包依赖产生的本地方法调用,改造成通过 RPC 接口产生的远程方法调用。一般在编写业务代码时,对于一些通用的业务逻辑,我会尽力把它抽象并独立成为专门的模块,因为这对于代码复用和业务理解都大有裨益。
可见通过服务化,可以解决单体应用膨胀、团队开发耦合度高、协作效率低下的问题。
那么微服务相比于服务化又有什么不同呢?
- 服务拆分粒度更细。微服务可以说是更细维度的服务化,小到一个子模块,只要该模块依赖的资源与其他模块都没有关系,那么就可以拆分为一个微服务。
- 服务独立部署。每个微服务都严格遵循独立打包部署的准则,互不影响。比如一台物理机上可以部署多个 Docker 实例,每个 Docker 实例可以部署一个微服务的代码。
- 服务独立维护。每个微服务都可以交由一个小团队甚至个人来开发、测试、发布和运维,并对整个生命周期负责。
- 服务治理能力要求高。因为拆分为微服务之后,服务的数量变多,因此需要有统一的服务治理平台,来对各个服务进行管理。
由此可见,微服务化给服务的发布和部署,以及服务的保障带来了诸多好处。
服务化拆分的前置条件
一般情况下,业务系统引入新技术就必然会带来架构的复杂度提升,在具体决策前,你先要认识到新架构会带来哪些新的问题,这些问题你和你的团队是否能够解决?如何解决?是自己投入人力建设,还是采用业界开源方案?
下面几个问题,是从单体应用迁移到微服务架构时必将面临也必须解决的。
- 服务如何定义。对于单体应用来说,不同功能模块之前相互交互时,通常是以类库的方式来提供各个模块的功能。对于微服务来说,每个服务都运行在各自的进程之中,应该以何种形式向外界传达自己的信息呢?答案就是接口,无论采用哪种通讯协议,是 HTTP 还是 RPC,服务之间的调用都通过接口描述来约定,约定内容包括接口名、接口参数以及接口返回值。
- 服务如何发布和订阅。单体应用由于部署在同一个 WAR 包里,接口之间的调用属于进程内的调用。而拆分为微服务独立部署后,服务提供者该如何对外暴露自己的地址,服务调用者该如何查询所需要调用的服务的地址呢?这个时候你就需要一个类似登记处的地方,能够记录每个服务提供者的地址以供服务调用者查询,在微服务架构里,这个地方就是注册中心。
- 服务如何监控。通常对于一个服务,我们最关心的是 QPS(调用量)、AvgTime(平均耗时)以及 P999(99.9% 的请求性能在多少毫秒以内)这些指标。这时候你就需要一种通用的监控方案,能够覆盖业务埋点、数据收集、数据处理,最后到数据展示的全链路功能。
- 服务如何治理。可以想象,拆分为微服务架构后,服务的数量变多了,依赖关系也变复杂了。比如一个服务的性能有问题时,依赖的服务都势必会受到影响。可以设定一个调用性能阈值,如果一段时间内一直超过这个值,那么依赖服务的调用可以直接返回,这就是熔断,也是服务治理最常用的手段之一。
- 故障如何定位。在单体应用拆分为微服务之后,一次用户调用可能依赖多个服务,每个服务又部署在不同的节点上,如果用户调用出现问题,你需要有一种解决方案能够将一次用户请求进行标记,并在多个依赖的服务系统中继续传递,以便串联所有路径,从而进行故障定位。
小结
无论是纵向拆分还是横向拆分,都是将单体应用庞杂的功能进行拆分,抽离成单独的服务部署。
但并不是说功能拆分的越细越好,过度的拆分反而会让服务数量膨胀变得难以管理,因此找到符合自己业务现状和团队人员技术水平的拆分粒度才是可取的。我建议的标准是按照每个开发人员负责不超过 3 个大的服务为标准,毕竟每个人的精力是有限的,所以在拆分微服务时,可以按照开发人员的总人数来决定。