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微服务架构咨询和培训服务

本站点由 Chris Richardson 编写和维护，他是经典技术著作《POJOS IN ACTION》一书的作者，也是 cloudfoundry.com 最初的创始人。Chris 的研究领域包括 Spring、Scala、微服务架构设计、领域驱动设计、NoSQL 数据库、分布式数据管理、事件驱动的应用编程等。Chris 是一位连续创业者，eventuate.io 是他的最新创业项目，一个微服务应用和数据服务平台。

Chris 定期为企业提供微服务设计培训和实战项目的架构咨询服务。近年来 Chris 多次访问中国，为包括华为、SAP、惠普、东风汽车等大型企业提供微服务架构相关的技术咨询服务。如您希望与 Chris 深入交流，建立合作，请点击下方按钮跟他取得联系。

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微服务应用的示例代码

为了避免纸上谈兵，Chris 提供了一套与这些模式相关的示例代码。这组代码使用 eventuate 框架，实现了微服务架构下分布式数据的存取。请点击下方按钮访问。

访问代码

模式库

核心模式

服务拆分

部署模式

需要关注的边界问题

通讯模式

数据管理

安全模式

访问令牌new

可测试性

服务组件测试new
服务集成协议测试new

可观测性

UI 模式

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模式: 微服务架构

背景

在开发服务端企业应用时，应用需要支持各种不同类型的客户端，比如桌面浏览器、移动浏览器以及原生移动应用。应用还需要向第三方提供可访问的API，并通过Web Service或者消息代理与其它应用实现集成。应用通过执行业务逻辑、访问数据库、与其它系统交换信息、并返回一条HTML/JSON/XML响应，来处理请求（HTTP请求与消息）。

应用采用多层架构或者六角架构，主要由以下几类不同组件构成：

展现组件——负责处理HTTP请求并响应HTML或者JSON/XML（对于web Services APIs）
业务逻辑——应用的业务逻辑
数据库访问逻辑——用于访问数据库的数据访问对象
应用集成逻辑——消息层，例如基于Spring Integration

不同逻辑组件分别响应应用中的不同功能模块。

问题

应用的部署架构是什么？

需求

应用需要由一个开发者团队专门负责
团队新成员需要快速上手
应用应该易于理解和修改
对应用能够进行持续部署
需要在多台设备上运行应用副本，从而满足可扩展性与可用性的要求
使用各种新技术（框架、编程语言等）

方案

用 Scale Cube 方法（特别是Y轴扩展）设计应用架构，将应用程序按功能拆分为一组互相协作的服务。每个服务实现一组特定、相关的功能。举例来说，一个应用程序可能由订单管理服务、客户管理服务等多个服务构成。

服务间的通信则可由HTTP/REST等同步协议或者AMQP等异步协议实现。服务可以彼此独立开发与部署。每个服务皆有自己的数据库，从而保证其与其它服务解耦。在必要时，可利用数据库复制机制或者应用层事件驱动机制，维护数据库之间的数据一致性。

示例

假设需要构建一款电子商务应用程序，使其能够接收来自客户的订单、验证库存信息与可用信用额度，而后进行发货。该应用程序会包含多个组件，其中StoreFrontUI负责实现用户界面，而其它后端服务则分别负责检查信用额度、维护库存信息以及发送订单。

此应用程序被部署为一组服务集合。

结果

优势

此类解决方案拥有以下优势：

每项微服务相对较小
- 易于开发者理解
- IDE处理速度更快，可提高开发者生产效率
- Web容器启动速度更快，提高开发者生产效率并可加快部署速度
每项服务皆可独立于其它服务进行部署——简化频繁部署新服务版本的流程
易于实现规模化开发。多团队可以共同进行开发工作。每个（双披萨，即团队成员规模控制在订购两块披萨即可吃饱的程度）团队负责其中一项服务。各团队可独立于其他团队，进行开发、部署工作及扩展自身服务。
改善故障隔离。举例来说，如果某一服务出现内存外溢，则只有该服务本身受到影响。其它服务将继续正常处理请求。相比之下，单体架构中的故障组件会令整套系统陷入瘫痪。
每项服务可独立进行开发与部署
无需长期使用同一套技术堆栈

弊端：

但这类解决方案中也存在着以下弊端：

开发者必须应对创建分布式系统所产生的额外的复杂因素。
- 现有开发者工具/IDE主要面向单体应用程序，因此无法显式支持分布式应用的开发。
- 测试工作更加困难。
- 开发者必须采取服务间通信机制。
- 很难在不使用分布式事务机制的情况下跨服务实现功能。
- 跨服务实现功能要求各团队进行密切协作。
部署复杂。在生产环境下，对这类多种服务类型构建而成的系统进行部署与管理十分困难。
内存占用量更高。微服务架构使用N*M个服务实例替代N个单体应用实例，如果每项服务运行自己的JVM（或者其它类似机制），且各实例之间需要进行隔离，那将导致M倍JVM运行时的额外开销。另外，如果每项服务都在自己的虚拟机（例如 EC2 实例）上运行，如同Netflix一样，那么额外开销会更高。

需要解决的问题

采用微服务架构之前，有若干需要解决的问题。

何时应该使用微服务架构？

应用此类方案带来的挑战在于如何把握好时机。在开发应用程序的最初版本时，大家往往不会面临需要使用微服务架构才能解决的问题。另外，使用复杂的分布式架构会拖慢开发流程。对于初创企业，其面临的最大挑战往往在于如何快速发展商业模式及附属应用。微服务架构中的Y轴拆分方式可能使应用更加难以迅速迭代。但是，如果当面临需要解决扩展性问题的时候再去进行功能拆分，单体应用的复杂依赖性使其很难被分解为服务集合。

如何将应用拆分为服务？

另一项挑战在于如何将系统拆分为多个微服务。这虽然很棘手但还是有些可行之策：

根据业务能力拆分（Decompose by business capability） - 根据业务能力界定服务的范围
根据领域的子域拆分（Decompose by subdomain） - 根据领域驱动设计中子域的概念界定服务的范围
根据“动词”或者用例进行服务划分。举例来说，我们经常会在电子商务应用中发现有单独的“发货”服务用于处理已完成订单。另一种常见的“动词”划分方式是实现登录用例的“登录”服务。
根据“名词”或者资源进行系统划分。这类服务负责利用特定的实体/资源完成一系列操作。举例来说，大家可能会在电子商务系统当中发现有“库存”服务用于跟踪货物的库存。

在理想情况下，每项服务都应只面向一小部分职责。（大叔）Bob Martin 曾提出根据单一责任原则（Single Responsibility Principle，简称 SRP）进行类的设计。SRP 会用单一变更理由去定义一个类的职责：一个类的状态变更只能由一个原因导致。同理，我们也可以在微服务设计当中引入 SRP。

另一项可用于指导服务设计的是Unix工具的设计思路。Unix 提供大量工具选项，包括 grep、cat 以及 find 等等。每种工具都只负责实现一项功能，而且功能良好，它们可以通过Shell脚本与其它工具结合进而执行复杂的任务。

如何维护数据一致性？

为了确保松耦合，每个服务都有独用的数据库。维护服务间的数据一致性成为了挑战。在多数应用的架构下，2 阶段提交和分布式事务不再是一个可选项。应用需要采用事件驱动架构，一个服务在其数据发生变化时，对外发布一个事件，其他服务订阅并通过消费这个事件来对应更新自己的数据。有一些可靠的方式可以实现事件的发布和数据的更新，比如事件溯源和事物日志跟踪。

如何实现数据查询？

另一个挑战是进行跨服务的数据的查询。一个常用的解决方式是采用CQRS，维护一份包含重要数据的视图并通过事件流的方式保持数据的更新。

已知案例

众多大型网站将单体架构发展为微服务架构，其中包括 Netflix、Amazon 与 eBay 等。

作为一个热门视频流服务，Netflix 利用一套大规模的面向服务的架构来承载高于 30% 的互联网流量。该公司每天需要处理来自 800 多种设备的 10 亿多次视频流 API 请求。平均每次 API 调用会在后端服务中产生 6 次后续调用。

Amazon.com 最初采用一套双层架构。为了扩展业务规模，其决定迁移至一套由数百项后端服务构成的面向服务的架构。多个应用调用这些服务，其中包括 Amazon.com网站和Web服务API。Amazon.com 网站需要调用 100 到 150 个服务方可获取到构建一个 Web 页面所需的全部数据。

作为拍卖网站，eBay.com 也是从单体架构逐步转向面向服务的架构。其应用层由多个独立应用构成。每个应用负责实现完成一组特定功能的业务逻辑，例如购买或者出售。每个应用皆利用X轴进行拆分，部分应用（例如搜索）以Z轴进行拆分。eBay.com 还在数据库层采用了 X、Y 与 Z 轴相结合的扩展方式。

这里汇聚了使用微服务架构企业的众多案例。

示例代码

Chris Richardson 提供了一套基于微服务架构的示例代码。

致谢

为了避免重复翻译，本文在中国普元公司宋潇文先生的译文基础之上整理修订，在此向宋潇文先生表示感谢！

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