阿里P8架构师谈：从单体架构、到SOA、再到微服务的架构设计详解
本文涉及的內容以及知識點如下：
1、單體架構
2、單體架構的拆分
3、SOA與微服務的區別
4、微服務的優缺點
5、微服務的消息
6、服務集成
7、數據的去中心化
單體架構
Web應用程序發展的早期，大部分web工程是將所有的功能模塊（service side）打包到一起并放在一個web容器中運行，很多企業的Java應用程序打包為war包。其他語言（Ruby，Python或者C++）寫的程序也有類似的問題。
假設你正在構建一個在線商店系統：客戶下訂單、核對清單和信用卡額度，并將貨物運輸給客戶。很快，你們團隊一定能構造出如下圖所示的系統。
這種將所有功能都部署在一個web容器中運行的系統就叫做單體架構（也叫：巨石型應用）。
單體架構有很多好處：IDE都是為開發單個應用設計的、容易測試——在本地就可以啟動完整的系統、容易部署——直接打包為一個完整的包，拷貝到web容器的某個目錄下即可運行。
但是，上述的好處是有條件的：應用不那么復雜。對于大規模的復雜應用，單體架構應用會顯得特別笨重：要修改一個地方就要將整個應用全部部署（PS：在不同的場景下優勢也變成了劣勢）;編譯時間過長;回歸測試周期過長;開發效率降低等。另外，單體架構不利于更新技術框架，除非你愿意將系統全部重寫（代價太高你愿意老板也不愿意）。
單體架構的拆分
詳細一個網站在業務大規模爬升時會發生什么事情?并發度不夠?OK，加web服務器。數據庫壓力過大?OK，買更大更貴的數據庫。數據庫太貴了?將一個表的數據分開存儲，俗稱“分庫分表”。這些都沒有問題，good job。不過，老外的抽象能力比我們強，看下圖Fig2。
這張圖從三個維度概括了一個系統的擴展過程：
（1）x軸，水平復制，即在負載均衡服務器后增加多個web服務器;
（2）z軸擴展，是對數據庫的擴展，即分庫分表（分庫是將關系緊密的表放在一臺數據庫服務器上，分表是因為一張表的數據太多，需要將一張表的數據通過hash放在不同的數據庫服務器上）;
（3）y軸擴展，是功能分解，將不同職能的模塊分成不同的服務。從y軸這個方向擴展，才能將巨型應用分解為一組不同的服務，例如訂單管理中心、客戶信息管理中心、商品管理中心等等。
SOA與微服務
SOA:服務導向式架構（SOA）是集成多個較大組件（一般是應用）的一種機制，它們將整體構成一個彼此協作的套件。一般來說，每個組件會從始至終執行一塊完整的業務邏輯，通常包括完成整體大action所需的各種具體任務與功能。組件一般都是松耦合的，但這并非SOA架構模式的要求。
微服務：是一種架構設計模式。
在微服務架構中，業務邏輯被拆分成一系列小而松散耦合的分布式組件，共同構成了較大的應用。每個組件都被稱為微服務，而每個微服務都在整體架構中執行著單獨的任務，或負責單獨的功能。每個微服務可能會被一個或多個其他微服務調用，以執行較大應用需要完成的具體任務；系統還為任務執行——比如搜索或顯示圖片任務，或者其他可能需要多次執行的任務提供了統一的解決處理方式，并限制應用內不同地方生成或維護相同功能的多個版本。
1）. 負責單個功能
2）. 單獨部署
3）. 包含一個或多個進程
4）. 擁有自己的數據存儲
5）. 一支小團隊就能維護幾個微服務
6）. 可替換的
相對于SOA，區別如下：
SOA嘗試將應用集成，一般采用中央管理模式來確保各應用能夠交互運作。微服務嘗試部署新功能，快速有效地擴展開發團隊。它著重于分散管理、代碼再利用與自動化執行。
微服務的優缺點
微服務架構模式有很多好處。
第一，通過分解巨大單體應用為多個服務方法解決了復雜性問題。
在功能不變的情況下，應用被分解為多個可管理的分支或服務。每個服務都有一個用 RPC- 或者消息驅動 API 定義清楚的邊界。
第二，這種架構使得每個服務都可以有專門開發團隊來開發。
開發者可以自由選擇開發技術，提供 API 服務。
第三，微服務架構模式使得每個微服務獨立部署，開發者不再需要協調其它服務部署對本服務的影響。
最后，微服務架構模式使得每個服務獨立擴展。你可以根據每個服務的規模來部署滿足需求的實利。
微服務架構也有不足。其中一個跟他的名字類似，“微服務”強調了服務大小，實際上，有一些開發者鼓吹建立稍微大一些的，10-100 LOC服務組。盡管小服務更樂于被采用，但是不要忘了微服務只是結果，而不是最終目的。微服務的目的是有效的拆分應用，實現敏捷開發和部署。
另外一個不足之處在于，微服務應用是分布式系統，由此會帶來固有的復雜性。開發者需要在 RPC 或者消息傳遞之間選擇并完成進程間通訊機制。此外，他們必須寫代碼來處理消息傳遞中速度過慢或者不可用等局部失效問題。
另外一個關于微服務的挑戰來自于分區的數據庫架構。同時更新多個業務主體的事務很普遍。這種事務對于單體式應用來說很容易，因為只有一個數據庫。在微服務架構應用中，需要更新不同服務所使用的不同的數據庫。
測試一個基于微服務架構的應用也是很復雜的任務。另外一個挑戰在于，微服務架構模式應用的改變將會波及多個服務。部署一個微服務應用也很復雜，一個單體應用只需要在復雜均衡器后面部署各自的服務器就好了。每個應用實例是需要配置諸如數據庫和消息中間件等基礎服務。每個服務都有多個實例，這就形成大量需要配置、部署、擴展和監控的部分。除此之外，你還需要完成一個服務發現機制（后續文章中發表），以用來發現與它通訊服務的地址（包括服務器地址和端口）
微服務消息
1）同步消息 – REST, Thrift
同步消息就是客戶端需要保持等待，直到服務器返回應答。REST是微服務中默認的同步消息方式，它提供了基于HTTP協議和資源API風格的簡單消息格式，多數微服務都采用這種方式（每個功能代表了一個資源和對應的操作）。
Thrift是另外一個可選的方案。它采用接口描述語言定義并創建服務，支持可擴展的跨語言服務開發，所包含的代碼生成引擎可以在多種語言中，如 C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Cocoa, Smalltalk 等創建高效的、無縫的服務，其傳輸數據采用二進制格式，相對 XML 和 JSON 體積更小，對于高并發、大數據量和多語言的環境更有優勢。
2）異步消息 – AMQP, STOMP, MQTT
異步消息就是客戶端不需要一直等待服務應答，有應到后會得到通知。某些微服務需要用到異步消息，一般采用AMQP, STOMP, MQTT。
3）消息格式 – JSON, XML, Thrift, ProtoBuf, Avro
消息格式是微服務中另外一個很重要的因素。SOA的web服務一般采用文本消息，基于復雜的消息格式（SOAP）和消息定義（xsd）。微服務采用簡單的文本協議JSON和XML，基于HTTP的資源API風格。如果需要二進制，通過用到Thrift, ProtoBuf, Avro。
4）服務約定 – 定義接口 – Swagger, RAML, Thrift IDL
如果把功能實現為服務，并發布，需要定義一套約定。單體架構中，SOA采用WSDL，WSDL過于復雜并且和SOAP緊耦合，不適合微服務。
REST設計的微服務，通常采用Swagger和RAML定義約定。
對于不是基于REST設計的微服務，比如Thrift，通常采用IDL（Interface Definition Languages），比如Thrift IDL。
服務集成
SOA體系下，服務之間通過企業服務總線（Enterprise Service Bus）通信，許多業務邏輯在中間層（消息的路由、轉換和組織）。
微服務架構傾向于降低中心消息總線（類似于ESB）的依賴，將業務邏輯分布在每個具體的服務終端。
大部分微服務基于HTTP、JSON這樣的標準協議，集成不同標準和格式變的不再重要。另外一個選擇是采用輕量級的消息總線或者網關，有路由功能，沒有復雜的業務邏輯。下面就介紹幾種常見的架構方式。
1）、點對點方式 – 直接調用服務
點對點方式中，服務之間直接用。每個微服務都開放REST API，并且調用其它微服務的接口。
圖：通過點對點方式通信
很明顯，在比較簡單的微服務應用場景下，這種方式還可行，隨著應用復雜度的提升，會變得越來越不可維護。這點有些類似SOA的ESB，盡量不采用點對點的集成方式。
2）、API-網關方式
API網關方式的核心要點是，所有的客戶端和消費端都通過統一的網關接入微服務，在網關層處理所有的非業務功能個。通常，網關也是提供REST/HTTP的訪問API。服務端通過API-GW注冊和管理服務。
圖：通過API-網關暴露微服務
用我們網上商店的例子，在圖5中，所有的業務接口通過API網關暴露，是所有客戶端接口的唯一入口。微服務之間的通信也通過API網關。
采用網關方式有如下優勢：
a.有能力為微服務接口提供網關層次的抽象。比如：微服務的接口可以各種各樣，在網關層，可以對外暴露統一的規范接口。
b.輕量的消息路由、格式轉換。
c.統一控制安全、監控、限流等非業務功能。
d.每個微服務會變得更加輕量，非業務功能個都在網關層統一處理，微服務只需要關注業務邏輯
目前，API網關方式應該是微服務架構中應用最廣泛的設計模式。
3）、消息代理方式
微服務也可以集成在異步的場景下，通過隊列和訂閱主題，實現消息的發布和訂閱。一個微服務可以是消息的發布者，把消息通過異步的方式發送到隊列或者訂閱主題下。作為消費者的微服務可以從隊列或者主題共獲取消息。通過消息中間件把服務之間的直接調用解耦。
圖：異步通信方式
通常異步的生產者/消費者模式，通過AMQP、MQTT等異步消息規范。
數據去中心化
單體架構中，不同功能的服務模塊都把數據存儲在某個中心數據庫中。
圖：單體架構，用一個數據庫存儲所有數據
微服務方式，多個服務之間的設計相互獨立，數據也應該相互獨立（比如，某個微服務的數據庫結構定義方式改變，可能會中斷其它服務）。因此，每個微服務都應該有自己的數據庫。
圖：每個微服務有自己私有的數據庫，其它微服務不能直接訪問。
數據去中心話的核心要點：
1）、每個微服務有自己私有的數據庫持久化業務數據
2）、每個微服務只能訪問自己的數據庫，而不能訪問其它服務的數據庫
3）、某些業務場景下，需要在一個事務中更新多個數據庫。這種情況也不能直接訪問其它微服務的數據庫，而是通過對于微服務進行操作。
數據的去中心化，進一步降低了微服務之間的耦合度，不同服務可以采用不同的數據庫技術（SQL、NoSQL等）。在復雜的業務場景下，如果包含多個微服務，通常在客戶端或者中間層（網關）處理。
寫在最后，提及架構，沒有絕對最好的架構，只有最適合業務的架構。技術架構應該從業務中來，到業務中去，其抽象于業務而高于業務。作為技術開發的我們，不能一味的追求架構而架構，我們必須在公司業務發展，團隊資源中間做一個合適的選擇，然后隨著業務的發展逐步重構與優化。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的阿里P8架构师谈：从单体架构、到SOA、再到微服务的架构设计详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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