面向服务与微服务架构（整理）
背景
最近阅读了 Martin Fowler 和 James Lewis 合著的一篇文章 Microservices， 文中主要描述和探讨了最近流行起来的一种服务架构模式——微服务，和我最近几年工作的实践比较相关感觉深受启发。本文吸收了部分原文观点，结合自身实践经验来探讨下服务架构模式的演化。
面向服务架构（SOA）
面向服务架构 SOA 思想概念的提出已不是什么新鲜事，大概在10年前就有不少相关书籍介绍过。当时 Java 企业应用领域 J2EE 依然是主流，应用程序被部署在庞大统一的符合 J2EE 规范的容器中运行，在单一进程中提供所有的功能。 而 SOA 提出的一些架构原则，在当时看来无疑是革命性的。 由于业已存在的大量单一庞大的应用，按照 SOA 的思想和架构原则来改造无疑相当于推翻重新开发一遍，在成本上很难接受。 因此早期的 SOA 通常和另外一个术语关联在一起——ESB（企业服务总线）。 当时在 SOA 的实施思路上无一例外的选择了 ESB 模式来整合集成大量单一庞大的应用，以保护企业前期投入成本。因此 ESB 其实是 SOA 特定历史阶段的一种实现方式。
然而，愿望总是美好的，现实却要残酷的多。过去这些年我们看到了很多实施 ESB 搞砸了的项目，投入几百万，产出几乎为 0，因此 SOA 这个概念也蒙上了不详的标签。 近几年流行起来的服务化架构，其拥护者开始拒绝使用包裹着失败阴影的 SOA 这个标签，而称其为微服务架构（Microservices Architecture Style）。但事实上 微服务架构依然是 SOA 架构思想的一种实现。
微服务架构（Microservices）
对微服务架构我们没有一个明确的定义，但简单来说微服务架构是：
采用一组服务的方式来构建一个应用，服务独立部署在不同的进程中，不同服务通过一些轻量级交互机制来通信，例如 RPC、HTTP 等，服务可独立扩展伸缩，每个服务定义了明确的边界，不同的服务甚至可以采用不同的编程语言来实现，由独立的团队来维护。
微服务架构特征（Characteristics）
1. 通过服务实现组件化
传统实现组件的方式是通过库（library），传统组件是和应用一起运行在进程中，组件的局部变化意味着整个应用的重新部署。 通过服务来实现组件，意味着将应用拆散为一系列的服务运行在不同的进程中，那么单一服务的局部变化只需重新部署对应的服务进程。 另外将服务作为组件可以更明确的定义出组件的边界，因为服务之间的调用是跨进程的，清晰的边界和职责定义是设计时必须考虑的。
2. 按业务能力来划分服务与组织团队
康威定律（Conway's law）指出：
organizations which design systems ... are constrained to produce designs which are copies of the communication structures of these organizations.
任何设计系统的组织，最终产生的设计等同于组织之内、之间的沟通结构。
传统开发方式中，我们将工程师按技能专长分层为前端层、中间层、数据层，前端对应的角色为UI、页面构建师等，中间层对应的角色为服务端业务开发工程师，数据层对应着DBA等角色。 事实上传统应用设计架构的分层结构正反应了不同角色的沟通结构。 而微服务架构的开发模式不同于传统方式，它将应用按业务能力来划分为不同的服务，每个服务都要求在对应业务领域的全栈（从前端到后端）软件实现，从界面到数据存储到外部沟通协作等等。 因此团队的组织是跨功能的，包含实现业务所需的全面的技能。 近年兴起的全栈工程师正是因为架构和开发模式的转变而出现，当然具备全栈的工程师其实很少，但将不同领域的工程师组织为一个全栈的团队就容易的多。
3. 服务即产品
传统的应用开发都是基于项目模式的，开发团队根据一堆功能列表开发出一个软件应用并交付给客户后，该软件应用就进入维护模式，由另一个维护团队负责，开发团队的职责结束。 而微服务架构的倡导者提议避免采用这种项目模式，更倾向于让开发团队负责整个产品的全部生命周期。Amazon 对此提出了一个观点：
You buidl it, you run it.
开发团队对软件在生产环境的运行负全部责任，让服务的开发者与服务的使用者（客户）形成每天的交流反馈，来自直接客户端的反馈有助于开发者提升服务的质量。
4. 智能终端与哑管道
微服务架构抛弃了 ESB 过度复杂的业务规则编排、消息路由等。 服务作为智能终端，所有的业务智能逻辑在服务内部处理，而服务间的通信尽可能的轻量化，不添加任何额外的业务规则。
5. 去中心统一化
传统应用中倾向采用统一的技术平台或产品来解决所有问题。 不是每个问题都是钉子，也不是每个解决方案都是一个锤子。 问题有其具体性，解决方案也应有其针对性。 用最适合的技术方案去解决具体的问题，在大一统的传统应用中其实很难做到，而微服务的架构意味着，你可以针对不同的业务服务特征选择不同的技术平台或产品，有针对性的解决具体的业务问题。
6. 基础设施自动化
单一进程的传统应用被拆分为一系列的多进程服务后，意味着开发、调试、测试、集成、监控和发布的复杂度都会相应增大。 必须要有合适的自动化基础设施来支持微服务架构模式，否则开发、运维成本将大大增加。
7. Design for failure
正因为将服务独立在不同的进程中后，引入了额外的失败因素。 任何时刻对服务的调用都可能因为服务方不可用导致失败，这就要求服务的消费方需要优雅的处理此类错误。 这其实是相对传统应用开发方式的一个缺点，不过随着一些开源服务化框架的出现，对业务开发人员而言适当的屏蔽了类似的错误处理，不过开发人员依然需要知道对服务的调用是完全不同于进程内的方法或函数调用的。
8. 进化设计
一旦采用了微服务架构模式，那么在服务需要变更时我们要特别小心，服务提供者的变更可能引发服务消费者的兼容性破坏，时刻谨记保持服务契约（接口）的兼容性。 对于解耦服务消费方和服务提供方，伯斯塔尔法则（Postel's law）特别适用：
Be conservative in what you send, be liberal in what you accept.
发送时要保守，接收时要开放。
按照伯斯塔尔法则的思想来设计实现服务调用时，发送的数据要更保守，意味着最小化的传送必要的信息，接收时更开放意味着要最大限度的容忍信息的兼容性。 多余的信息不认识可以忽略，而不应该拒绝或抛出错误。
微服务架构应用
采用微服务架构面临的第一个问题就是如何将一个单一应用拆分为多个服务。 有一个一般的原则是，单一服务提供的功能是可以独立被替换和升级的。 也就是说如果有 A 和 B 两个功能，如果 A 功能发生变化时同时 B 功能也需要变化，那么 A 和 B 这两个功能应该被划在一个服务中。
微服务架构应用的成功经验近年已越来越多，例如国外的 Amazon，Netflix，国内如阿里都采用微服务架构取得了很多正面的成功案例。 但通过上文所述微服务架构特征看出，其实微服务架构模式有利有弊，需要根据实际的业务、团队、环境进行仔细权衡利弊。 其中的服务拆分带来的额外开发、测试、运维、监控的复杂度，在现有的环境、团队下是否能够很好的支持。
另外，有人可能会说，我一开始不采用微服务架构方式，而是在单一进程内基于清晰定义的模块化方式，模块之间通过接口调用，到了适当阶段，必要的时候再将模块拆分为服务。 其实这个想法显得过于理想，因为进程内良好定义的接口通常不是很好的服务化接口。 一开始没有考虑服务化的设计方法，那么后期拆分时依然是一个痛苦的过程。
优势与不足
微服务架构的好处
微服务架构模式有很多好处。首先，通过分解巨大单体式应用为多个服务方法解决了复杂性问题。在功能不变的情况下，应用被分解为多个可管理的分支或服务。每个服务都有一个用RPC-或者消息驱动API定义清楚的边界。微服务架构模式给采用单体式编码方式很难实现的功能提供了模块化的解决方案，由此，单个服务很容易开发、理解和维护。
第二，这种架构使得每个服务都可以有专门开发团队来开发。开发者可以自由选择开发技术，提供API服务。当然，许多公司试图避免混乱，只提供某些技术选择。然后，这种自由意味着开发者不需要被迫使用某项目开始时采用的过时技术，他们可以选择现在的技术。甚至于，因为服务都是相对简单，即使用现在技术重写以前代码也不是很困难的事情。
第三，微服务架构模式是每个微服务独立的部署。开发者不再需要协调其它服务部署对本服务的影响。这种改变可以加快部署速度。UI团队可以采用AB测试，快速的部署变化。微服务架构模式使得持续化部署成为可能。
最后，微服务架构模式使得每个服务独立扩展。你可以根据每个服务的规模来部署满足需求的规模。甚至于，你可以使用更适合于服务资源需求的硬件。比如，你可以在EC2 Compute Optimized instances上部署CPU敏感的服务，而在EC2 memory-optimized instances上部署内存数据库。
微服务架构的不足
Fred Brooks在30年前写道，“there are no silver bullets”，像任何其它科技一样，微服务架构也有不足。其中一个跟他的名字类似，『微服务』强调了服务大小，实际上，有一些开发者鼓吹建立稍微大一些的，10-100 LOC服务组。尽管小服务更乐于被采用，但是不要忘了这只是终端的选择而不是最终的目的。微服务的目的是有效的拆分应用，实现敏捷开发和部署。
（1），微服务应用是分布式系统，由此会带来固有的复杂性。开发者需要在RPC或者消息传递之间选择并完成进程间通讯机制。更甚于，他们必须写代码来处理消息传递中速度过慢或者不可用等局部失效问题。当然这并不是什么难事，但相对于单体式应用中通过语言层级的方法或者进程调用，微服务下这种技术显得更复杂一些。
（2）关于微服务的挑战来自于分区的数据库架构。商业交易中同时给多个业务分主体更新消息很普遍。这种交易对于单体式应用来说很容易，因为只有一个数据库。在微服务架构应用中，需要更新不同服务所使用的不同的数据库。使用分布式交易并不一定是好的选择，不仅仅是因为CAP理论，还因为今天高扩展性的NoSQL数据库和消息传递中间件并不支持这一需求。最终你不得不使用一个最终一致性的方法，从而对开发者提出了更高的要求和挑战。
（3）测试一个基于微服务架构的应用也是很复杂的任务。比如，采用流行的Spring Boot架构，对一个单体式web应用，测试它的REST API，是很容易的事情。反过来，同样的服务测试需要启动和它有关的所有服务（至少需要这些服务的stubs）。再重申一次，不能低估了采用微服务架构带来的复杂性。
（4）其挑战在于，微服务架构模式应用的改变将会波及多个服务。比如，假设你在完成一个案例，需要修改服务A、B、C，而A依赖B，B依赖C。在单体式应用中，你只需要改变相关模块，整合变化，部署就好了。对比之下，微服务架构模式就需要考虑相关改变对不同服务的影响。比如，你需要更新服务C，然后是B，最后才是A，幸运的是，许多改变一般只影响一个服务，而需要协调多服务的改变很少。
（5）部署一个微服务应用也很复杂，一个分布式应用只需要简单在复杂均衡器后面部署各自的服务器就好了。每个应用实例是需要配置诸如数据库和消息中间件等基础服务。相对比，一个微服务应用一般由大批服务构成。例如，根据Adrian Cockcroft，Hailo有160个不同服务构成，NetFlix有大约600个服务。每个服务都有多个实例。这就造成许多需要配置、部署、扩展和监控的部分，除此之外，你还需要完成一个服务发现机制（后续文章中发表），以用来发现与它通讯服务的地址（包括服务器地址和端口）。传统的解决问题办法不能用于解决这么复杂的问题。接续而来，成功部署一个微服务应用需要开发者有足够的控制部署方法，并高度自动化。
（6）一种自动化方法是使用PaaS服务，例如Cloud Foundry。PaaS给开发者提供一个部署和管理微服务的简单方法，它把所有这些问题都打包内置解决了。同时，配置PaaS的系统和网络专家可以采用最佳实践和策略来简化这些问题。另外一个自动部署微服务应用的方法是开发对于你来说最基础的PaaS系统。一个典型的开始点是使用一个集群化方案，比如配合Docker使用Mesos或者Kubernetes。后面的系列我们会看看如何基于软件部署方法例如NGINX，可以方便的在微服务层面提供缓存、权限控制、API统计和监控。
总的说来，微服务有以下几个特征：1. 通过服务实现组件化；2. 按业务能力来划分服务与组织团队；3. 服务即产品；4. 智能终端与哑管道；5. 去中心统一化；6. 基础设施自动化；7. Design for failure；8. 进化设计
可以学习一下Spring Cloud 微服务架构集大成者，云计算最佳业务实践。：https://springcloud.cc/
微服务实战（一）：微服务架构的优势与不足：http://dockone.io/article/394
