由浅入深了解Thrift之微服务化应用架构

为什么选择微服务

     一般情况下，业务应用我们都会采用模块化的分层式架构，所有的业务逻辑代码最终会在一个代码库中并统一部署，我们称这种应用架构为单体应用。 单体应用的问题是，全部开发人员会共享一个代码库，不同模块的边界模糊，实现高内聚、松耦合极其困难。 肯定大家会碰到过这类场景，当尝试去重构改进代码时，改了一个地方好几个其他模块也需要同步改动， 当初划分的模块边界轻易被穿透，有人给这种应用的架构起了一个很形象的名字叫 “洋葱架构”。

    Netflix是一家成功实践微服务架构的互联网公司，总结了一套行之有效的微服务方案。微服务架构强调 “微”，服务紧密围绕业务领域，形成高度内聚的自治性。

更多的单体应用和微服务优劣势请参看《微服务实战（一）：微服务架构的优势与不足》。

 

微服务特征 

业务能力建模：高内聚、松散耦合，暴露接口而隐藏实现细节

服务协作模型：中心化和去中心化

服务交互方式：RPC/REST等

自动化文化与环境：自动化构建、自动化测试、自动化部署

服务发布：灰度发布

服务部署：部署独立性、失败隔离性、可监控性；一服务一主机模型需要虚拟化、容器化

服务配置：中心化配置服务

服务流控：降级、限流

服务恢复：多考虑故障如何快速恢复服务而非如何避免故障发生 

 

当前业界比较成熟的微服务框架有Netflix的Karyon/Ribbon，Spring的Spring Boot/Cloud，阿里的Dubbo等。 

Netflix的微服务框架

Netflix是一家成功实践微服务架构的互联网公司，几年前，Netflix就把它的几乎整个微服务框架栈开源贡献给了社区，这些框架和组件包括：

• Eureka:　服务注册发现框架
• Zuul:　服务网关
• Karyon:　服务端框架
• Ribbon:　客户端框架
• Hystrix: 服务容错组件
• Archaius: 服务配置组件
• Servo: Metrics组件
• Blitz4j: 日志组件

微服务框架

1、服务注册、服务发现、健康检查

   如果我们采用进程内LB方案，那么服务自注册一般统一做在服务器端框架中，健康检查逻辑由具体业务服务定制，框架层提供调用健康检查逻辑的机制，服务发现和负载均衡则集成在服务客户端框架中。

2、RPC/REST和序列化

  框架层要支持将业务逻辑以HTTP/REST或者RPC方式暴露出来，HTTP/REST是当前主流API暴露方式，在性能要求高的场合则可采用Binary/RPC方式。针对当前多样化的设备类型(浏览器、普通PC、无线设备等)，框架层要支持可定制的序列化机制，例如，对浏览器，框架支持输出Ajax友好的JSON消息格式，而对无线设备上的Native App，框架支持输出性能高的Binary消息格式。

3、管理接口

  框架集成管理接口，一方面可以在线查看框架和服务内部状态，同时还可以动态调整内部状态，对调试、监控和管理能提供快速反馈。Spring Boot微框架的Actuator模块就是一个强大的管理接口。对于框架层和服务的内部异常，如果框架层能够统一处理并记录日志，对服务监控和快速问题定位有很大帮助。

4、安全控制

  安全和访问控制逻辑可以在框架层统一进行封装，可做成插件形式，具体业务服务根据需要加载相关安全插件。

5、配置管理

  除了支持普通配置文件方式的配置，框架层还可集成动态运行时配置，能够在运行时针对不同环境动态调整服务的参数和配置。

6、监控日志

  框架一方面要记录重要的框架层日志、服务调用链数据，还要将日志、调用链数据等接口暴露出来，让业务层能根据需要记录业务日志数据。在运行环境中，所有日志数据一般由日志系统做进一步分析和处理。

7、统一错误处理

  对于框架层和服务的内部异常，如果框架层能够统一处理并记录日志，对服务监控和快速问题定位有很大帮助。

8、流控和容错

  框架集成限流容错组件，能够在运行时自动限流和容错，保护服务，如果进一步和动态配置相结合，还可以实现动态限流和熔断。

 

负载均衡

1、集中式的负载均衡方案

     在服务消费者和服务提供者之间有一个独立的LB，LB通常是专门的硬件设备如F5，或者基于软件如LVS，HAproxy等实现。LB上有所有服务的地址映射表，通常由运维配置注册，当服务消费方调用某个目标服务时，它向LB发起请求，由LB以某种策略（比如Round-Robin）做负载均衡后将请求转发到目标服务。LB一般具备健康检查能力，能自动摘除不健康的服务实例。

     服务消费方如何发现LB呢？通常的做法是通过DNS，运维人员为服务配置一个DNS域名，这个域名指向LB。

     方案优缺点：

     1)、单点问题，所有服务调用流量都经过LB，当服务数量和调用量大的时候，LB容易成为瓶颈，且一旦LB发生故障对整个系统的影响是灾难性的。

     2)、LB在服务消费方和服务提供方之间增加了一跳(hop)，有一定性能开销。

2、进程内的负载均衡方案

           

      进程内LB方案将LB的功能以库Library的形式集成到服务消费方进程里头，该方案也被称为软负载(Soft Load Balancing)或者客户端负载方案。这一方案需要一个服务注册表(Service Registry)配合支持服务自注册和自发现，服务提供方启动时，首先将服务地址注册到服务注册表（同时定期报心跳到服务注册表以表明服务的存活状态，相当于健康检查），服务消费方要访问某个服务时，它通过内置的LB组件向服务注册表查询（同时缓存并定期刷新）目标服务地址列表，然后以某种负载均衡策略选择一个目标服务地址，最后向目标服务发起请求。这一方案对服务注册表的可用性(Availability)要求很高，一般采用能满足高可用分布式一致的组件（例如Zookeeper, Consul, Etcd等）来实现。

     方案优缺点：

     1)、是一种分布式方案，LB和服务发现能力被分散到每一个服务消费者的进程内部，同时服务消费方和服务提供方之间是直接调用，没有额外开销，性能比较好。

     但由于该方案以客户库(Client Library)的方式集成到服务调用方进程里头，

     2)、需要开发支持多种不同语言的客户端，有一定的研发成本。  

     3)、客户库Library跟随服务调用方发布到生产环境中，后续如果要对客户库Library进行升级，会有很大的维护成本。

   阿里开源的服务框架Dubbo也是采用类似机制。

3、主机独立的负载均衡方案

      

     主机独立LB进程方案，该方案是针对第二种方案的不足而提出的一种折中方案，原理和第二种方案基本类似，不同之处是，他将LB和服务发现功能从进程内移出来，变成主机上的一个独立进程，主机上的一个或者多个服务要访问目标服务时，他们都通过同一主机上的独立LB进程做服务发现和负载均衡。

     方案优缺点：

     1)、是一种分布式方案，没有单点问题，一个LB进程挂了只影响该主机上的服务调用方，服务调用方和LB之间是进程内调用，性能好，同时，该方案还简化了服务调用方，不需要为不同语言开发客户库，LB的升级不需要服务调用方改代码。  

     2)、不足是部署较复杂，环节多，出错调试排查问题不方便。

服务前端路由

IDL+Nginx+AOP

 微服务除了内部相互之间调用和通信之外，最终要以某种方式暴露出去，才能让外界系统（例如客户的浏览器、移动设备等等）访问到，这就涉及服务的前端路由，对应的组件是服务网关(Service Gateway)。

服务网关service Gateway

          

1、服务反向路由

2、安全认证和防爬虫

3、限流和容错

4、监控

5、日志

 

服务容错

     当我们的业务逐渐复杂以后，服务之间的依赖关系也会有错综复杂，例如，一个前端请求一般会依赖于多个后端服务。由于，服务往往不是百分百可靠，服务可能会出错或者产生延迟，如果一个应用不能对其依赖的故障进行容错和隔离，那么该应用本身就处在被拖垮的风险中。在一个高流量的网站中，某个单一后端一旦发生延迟，可能在数秒内导致所有应用资源(线程，队列等)被耗尽，造成所谓的雪崩效应(Cascading Failure)，严重时可致整个网站瘫痪。

我们可以从不同的纬度避免和解决：

服务设计：

1、基础服务

2、复杂业务服务

3、减少服务复杂的依赖，尽量保持简单的依赖关系

容错设计：

1、故障隔离、容错

2、降级、限流

3、快速失败(Fail Fast)：直接抛出异常、可以返回空值或缺省值

 

(未完待续)