微服务架构的演变

1.1 系统架构的演变过程

随着互联网的不断发展，网站应用的规模不断扩大，系统架构也因此也不断的演进、升级、迭代。从互联网早期到现在，系统架构大体经历了下面几个过程：

• 1）单体应用架构

• 2）垂直应用架构

• 3）分布式架构

• 4）SOA架构

• 5）微服务架构

1.1.1 单体应用架构

单体应用架构也叫集中式架构，在单体应用架构中，系统将所有的功能包括前端、后端等全部打包在一起部署，所有的代码都写在一起，通常也是交由一个小的技术团队开发；

优点：

• 项目架构简单，开发成本低
• 项目部署在一个节点上， 维护方便

缺点：

• 代码耦合度太高，开发维护困难
• 无法针对不同模块进行针对性优化
• 系统容错率低，如果该系统一个模块出现不可用会导致整个系统无法使用。

1.1.2 垂直应用架构

当访问量逐渐增大，单一应用无法满足需求，我们就需要增加节点来提供系统的访问能力，但是并不是所有的模块都需要进行性能的提高，这时候单体应用架构无法满足我们的需求；

我们需要将系统里面的模块进行拆分，这样对于后面的水平扩容是非常友好的；

优点：

• 系统拆分实现了流量分担，提高了系统并发量
• 垂直架构中可以针对不同模块进行针对性优化
• 方便水平扩展，负载均衡，系统容错率提高

缺点：

• 系统间相互独立，会有很多重复开发工作，影响开发效率
• 系统间相互独立，无法进行系统数据共享（互相调用）

1.1.3 分布式架构

当垂直应用越来越多，重复的业务代码就会越来越多，并且在垂直架构中应用之间的交互不可避免，此时，为了解决基础代码重复太多、应用之间的调用等问题；我们将重复的代码抽取出来作为独立的服务，对外提供服务；

优点：

• 将基础服务进行了抽取，系统间相互调用，提高了代码复用和开发效率

缺点：

• 系统间耦合度变高，调用关系错综复杂，难以维护

1.1.4 SOA架构

在分布式架构下，当服务越来越多，容量的评估，小服务资源等浪费等问题逐渐显现，此时需增加一个调度中心对集群进行实时管理集群容量

服务治理要做什么？（优点）

• 服务注册中心，实现服务自动注册和发现，无需人为记录服务地址
• 动态监控服务状态监控报告，人为控制服务状态
• 服务负载均衡、服务熔断保护、服务健康检测、服务注册与发现、服务缓存等…

缺点：

• 服务关系复杂，运维、测试部署困难

1.1.5 微服务架构

微服务架构模式是从SOA架构模式演变过来， 比SOA架构模式粒度更加精细，让专业的人去做专业的事情（专注），目的是提高效率，每个服务与服务之间互不影响，微服务架构中每个服务独立，互不影响；

微服务的特点：

• 单一职责：微服务中每一个服务都对应唯一的业务能力，做到单一职责
• 微：微服务的服务拆分粒度很小，例如一个用户管理就可以作为一个服务。每个服务虽小，但“五脏俱全”。
• 面向服务：面向服务是说每个服务都要对外暴露服务接口API。并不关心服务的技术实现，做到与平台和语言无关，也不限定用什么技术实现，只要提供Rest的接口即可。
• 自治：自治是说服务间互相独立，互不干扰
  • 团队独立：每个服务都是一个独立的开发团队。
  • 技术独立：因为是面向服务，提供Rest接口，使用什么技术没有别人干涉
  • 前后端分离：采用前后端分离开发，提供统一Rest接口，后端不用再为PC、移动段开发不同接口
  • 数据库分离：每个服务都使用自己的数据源
  • 部署独立，服务间虽然有调用，但要做到服务重启不影响其它服务。有利于持续集成和持续交付。每个服务都是独立的组件，可复用，可替换，降低耦合，易维护

1.2 微服务架构设计原则

微服务是一种架构风格。一个大型的复杂软件应用，由一个或多个微服务组成。系统中的各个微服务可被独立部署，各个微服务之间是松耦合的。每个微服务仅关注于完成一件任务并很好的完成该任务。那么关于微服务的设计原则有哪些呢？

• AKF拆分原则
• 前后端分离原则
• 无状态服务
• RestFul 的通信风格

1.2.1 AKF拆分原则

随着互联网的高速发展，性能越来越成为我们瞩目的焦点，那么如何去提升我们服务器的性能呢？相信最简单和最直接的方法就是：加机器！如果一台不行就两台，两台不行就三台…

如何加机器？加在什么地方最有效？怎样的软件架构加机器才最有效成为我们考虑的重点；

对此，《可扩展的艺术》一书提出了一个更加系统的可扩展模型—— AKF 可扩展立方（Scalability Cube）。这个立方体中沿着三个坐标轴设置分别为：X、Y、Z。

AKF公司的技术专家们从X/Y/Z三个维度来对应用进行扩展。理论上可以将一个单一系统进行无线的延伸扩展；

1.2.1.1 X轴扩展（水平复制）

X轴扩展就是我们平时说的水平扩容，一台机器不行就两台，两台不行就三台…简单来说就是搭建集群，使用Nginx等工具做到负载均衡，让多台机器一起工作来提升项目的整体性能；

1.2.1.2 Y轴扩展（模块拆分）

Y轴扩展就是基于微服务架构的模块拆分，将一个庞大的项目拆分成若干个小模块，这些小模块分别独立部署在不同的机器，组成了一个完整的项目；

1.2.1.3 Z轴扩展（数据分区）

Z轴扩展是基于数据的分区，比如我们之前学的MySQL数据拆分，ES的shard分片等都是基于数据的拆分，这些不同的数据分区独立部署不同的机器中，以提升这部分数据访问的能力；一般数据划分的方式有：

• 1）根据数据类型进行分区（根据不同的业务拆分不同的数据库）
• 2）根据数据的活跃程度进行分区（冷热分离）
• 3）根据时间段进行分区（日志时间段）
• 4）根据读写进行分区（读写分离）

1.2.2 前后端分离原则

前后端分离原则简单的来说就是：前端负责前端的事情，后端负责后端的业务模块，前后端不再耦合在一起，分工明确；

前后端分离带来的优点有：

• 1）可以由各自的专家来对各自的领域进行优化
• 2）前后端交互界面更清晰，就剩下了接口模型，后端的接口简洁明了，更容易维护。
• 3）前后端采用统一的数据和模型，可以支持多个前端：例如：微信 h5 前端、PC 前端、安卓前端、IOS 前端。
• 4）职责更加清晰明确，前后端不再耦合，开发效率高；

1.2.3 无状态服务

无状态服务与有状态服务主要是根据：两个来自相同发起者的请求在服务器端是否具备上下文关系

1.2.3.1 状态化请求

服务器端一般都要保存请求的相关信息，才能分辨请求是否是同一个；

例如Cookie认证操作，客户端请求来到后端时查询Session，如果保存了用户的信息那么就认证通过，如果没有保存用户的信息，那么就认证不通过，这就是一个典型的有状态服务；

1.2.3.2 无状态请求

服务器端所能够处理的过程必须全部来自于请求所携带的信息，以及其他服务器端自身所保存的、并且可以被所有请求所使用的公共信息；

例如Token认证，客户端发送请求携带Token来到后端服务，后端服务通过前端携带的Token来进行认证，如果换了台服务器依旧可以进行认证操作，此时就是有状态服务；

1.2.3.3 HTTP是无状态的

由于HTTP协议本身就是无状态的，所以为了实现有状态服务（例如上面的Cookie认证），就需要通过一些额外的方案。比如最常见的session，将用户登录的信息保存到session中，当进行认证的时候，再从session中取出用户信息，进行认证；

1.2.3.4 无状态服务带来的好处

服务无状态，主要是提升服务的==可扩展性==；

如果服务是无状态的，我们就可以将请求发送到任意一台服务器，然后通过负载均衡，将请求平均分布在不同的服务器中，非常方便的实现水平扩展；

如果服务是无状态的，就无法那么轻易的实现了，客户端需要始终将请求发送到同一台服务器才行，或者通过一些其他的手段达到目的，如分布式session共享、Redis单点登录等；

1.2.4 Restful通信风格

Restful架构，就是目前最流行的一种互联网软件架构，它结构清晰、符合标准、易于理解、扩展方便，所以正得到越来越多网站的采用。设计一个微服务架构的项目时，应该尽量遵守Restful风格进行通信；Restful好处如下：

1）基于JSON进行数据交互，简单轻量，人机阅读方便；

2）对请求进行更好的规范，如GET/POST/PUT/DELETE等都说明其用途，能更好的前后端对接；

3）Restful与编程语言无关，只要各个服务遵守Restful编写API，任何语言之间都可以进行通信（数据交互）；