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微服务架构设计之正确打开方式

简介:近些年随着软件系统架构的发展,我们经历了从单体应用到分布式系统,并且逐步向云原生迈进,而其中微服务架构是最具有代表性,但在微服务设计时又存在各式各样的问题,希望此文能够帮助大家在微服务架构设计时提供思路和指导。 前言&背景 故事开始前先给大家讲一个段子,近些年随着软件系统架构的发展,我们经历了

简介:近些年随着软件系统架构的发展,我们经历了从单体应用到分布式系统,并且逐步向云原生迈进,而其中微服务架构是最具有代表性,但在微服务设计时又存在各式各样的问题,希望此文能够帮助大家在微服务架构设计时提供思路和指导。

微服务架构设计之正确打开方式

前言&背景

故事开始前先给大家讲一个段子,近些年随着软件系统架构的发展,我们经历了从单体应用到分布式系统,并且逐步向云原生迈进,而其中微服务架构是最具有代表性,但在微服务设计时又存在各式各样的问题,比如微服务拆分粒度过细,服务间调用深度过长,可能就要重新梳理业务考虑进行服务合并,这时就会有人问:“你们为什么把微服务拆了又合?”,你告诉他我们在“建中台”;然后随着业务的快速扩张,资源的利用上hold不住了,又要考虑对系统进行拆解,这时又会有人问:“你们为什么又把微服务合了又拆?”,你告诉他我们在“拆中台”;然后,当然还有然后,拆过之后发现有些服务拆的不合理,可能又要进行合并,此时有人问起:“What the hell are you doing ?”,你可以像一位老者一样回答他:“天下大势,分久必合,合久必分。周末七国分争,并入于秦。及秦灭之后,楚、汉分争,又并入于汉。汉高祖一统天下,后来光武中兴,遂分为三中台...”

在实际运用微服务设计时,上述类似的场景,相信很多人都深有体会。那微服务该如何进行合理的拆分与设计呢?有没有相关的标准和规范可资借鉴呢?答案是肯定的,不过只是方法论而已。从哲学层面来讲,并不存在放之四海而皆准的方案。但依据经验,倒是可以总结和提炼出一些方法来加以指导,可过度抽象之后又极为晦涩难懂,实施起来绝非易事。

微服务发展简史

首先我们先来回顾一下软件系统架构的发展历程:单体架构 --> 分布式/集群架构 --> 服务化架构(SOA面向服务) --> 微服务架构 --> 网格化/单元化架构

总的来说微服务架构囊括了之前架构的所有特点,分布式集群部署,面向服务的设计,而微服务更加关注的是服务拆分的粒度,即:一个服务要拆分到多大的维度合适。但随着系统业务量的增加,服务规模也越来越大,相应的也出现了一些新的问题,比如底层系统资源问题、服务间通信和治理问题、服务整体运维的问题,而SpringCloud、Dubbo等微服务框架只能解决软件开发层面的问题。早期的微服务,人们关注的重点都是软件开发层面,近几年随着容器化管理技术Docker、容器编排技术Kubernetes等,运维层面技术的成熟和推广,微服务体系由原来的注重开发,逐渐演变为设计、开发、运维一体化的DevOps管理模式。

通过服务架构的发展历程,我们可以看出:微服务实现了服务间的解耦,但同时也引发了很多非业务性问题。 比如:服务发现、服务限流、服务监控、服务权限控制、服务版本控制等。Spring Cloud等微服务框架,虽然为我们提供了,例如:解决服务发现问题的注册中心Eurek、解决限流问题的断路器Hystrix,以及解决服务调用问题的Ribbon、Fegin等技术,但是我们看看是它如何使用的?导入dependency依赖,将它们和我们的业务代码一起打包部署,也就是说Spring Cloud是一种”侵入式”解决方式,它虽然简化了我们处理非业务问题的难度,但是开发人员还是需要对这部分功能一定了解。

我们期望业务开发人员能专注于业务代码开发,不必在非业务代码的开发上耗费精力。Service Mesh(服务网格)技术正是这一理念的体现,它可将非业务功能从代码中剥离,把整个服务间的网络通信抽取并下沉到基础设施层面,比如服务发现、负载均衡、版本控制、蓝绿部署等问题。

我们再回到微服务设计要解决的根本问题,即:微服务如何进行设计和拆分 ,下面梳理了一些在微服务架构设计时常用的原则和方法论:

  • AKF拆分原则
  • 业务拆分原则
  • 领域驱动设计
  • 分层架构设计
AKF拆分原则

我们先来聊一聊微服务设计的最基本原则:AKF扩展立方体(Scalability Cube)


AKF扩展立方体是《架构即未来》一书中提出的可扩展模型,这个立方体有三个轴线,每个轴线描述扩展性的一个维度。理论上按照这三个扩展模式,可以将一个单体系统进行无限的扩展。

  • X轴:指的是水平复制。很好理解,就是将单体系统多运行几个实例,做个集群加负载均衡的模式。为了更好的支撑这种水平伸缩能力,所以系统最好设计成前后端分离并且无状态服务。这种扩展能力成本最低,实施也最简单,适合发展初期,业务复杂度低,增加系统容量就可以解决大部分问题。
  • Y轴:指应用中职责的划分。这部分就是我们常说的微服务拆分模式,基于不同的业务进行拆分。这种属于业务上解耦的扩展能力,可以使团队更聚焦,同时解决代码复杂度的问题,但其中必然会牵扯到底层数据的隔离与传递,所以难度系数较大,适合业务复杂,数据量大,团队规模大的场景。
  • Z轴:指根据服务或者数据进行分区,比如按地域进行划分。这是实现成本最高的一种扩展方式,一般在超大型系统会有类似的需求,比如当一个互联网系统突然用户量激增,单一的集群模式可能无法承载,那就需要按照用户所在的地区进行服务和数据的分区。和传统意义上的分库本表或者逻辑上多租户不一样,需要对多个分区进行一定的物理隔离,类似近些年金融行业单元化架构,多数据中心的思路。适用于用户指数级的快速增长,并可以按照某种规则进行分区。

在关注AKF三个轴线拆分的同时,还需要思考3S原则,即:Safety(安全)、Scale(规模)、Speed(速度)

业务拆分原则

接下来从系统业务角度切入,谈谈微服务的拆分和设计原则。

明确微服务拆分,设计原则;以业务需求为中心、高度自治及持续演进为目标实现微服务化。 对于跨服务的调用首先是从业务角度考虑,做到高内聚,低耦合,通过拆分的原则尽量减少这种耦合的发生。 领域驱动设计

领域驱动设计(DDD:Domain-Driven Design),是一套更高级的对软件系统分析和设计的面向对象建模方法。和传统以数据驱动设计为中心的架构有很大区别,领域驱动设计更加关注的是领域模型,那么何为领域?直白些讲领域其实就是指一块业务范围。而领域驱动设计就是将业务与业务之间的关系,以及业务内部的逻辑构建出来。

在领域驱动设计中,首先要做的并且也是最重要的一步,就是达成共识,将团队中包括技术人员、领域专家、产品经理等对该领域相关的业务知识达成共识,大家能够简单清晰准确的描述该领域的业务含义和规则,这就是统一语言(Ubiquitous Language)。通过达成这种共识来解决在一些中大型软件系统中的业务复杂度,是一套行之有效方式。

有了通用语言后,如何将业务模型进行组织和落地,这部分就是模型驱动设计(Model-Driven Design)阶段。DDD将这个模型设计过程分为了两个阶段:

  • 战略设计(Strategic design)
  • 战术设计(Tactical design)

所谓战略设计,也称为高层设计,指将系统拆成不同的领域,换句话说:哪些是核心域(核心竞争力),哪些是通用域(非核心共用的,可外采的),哪些是支撑域(非核心特有的,可外包的)。

所谓战术设计,指如何具体的组织不同的业务模型,换句话说:这些模型是什么角色(实体、值对象)?这些模型之间是什么关系(聚合、聚合根)?这些模型如何协作和演变(领域事件、领域服务、工厂、仓库、应用服务)?

然后对领域模型进行界限上下文划分,并标识出之间的依赖关系,形成类似上图一样的领域模型设计,最终再将界限上下文或其中的领域模型映射成微服务。

领域驱动设计这种面向业务的设计方法,与今天的敏捷式开发和微服务架构体系具备天然的契合度。

分层架构设计

最后基于以上的设计原则和方法,我们再来看看分层架构设计,对于分层设计我想大家应该都会不陌生,但在微服务架构中应该如何进行分层,可以参考如下中台建设场景:

聚合域:聚合中台业务完成业务流程
业务域:提供中台业务能力接口
通用域:提供数据的原子操作接口

分层架构的好处是可以让服务之间关系更加清晰,同层之间尽量不要相互调用,也要避免跨层级调用,整个调用链的深度也要控制在一定范围。

结束语

没有最好的设计模式和架构方案,只有对系统持续的优化和演进,需要找到系统性能的瓶颈点,找到架构设计中腐化的地方,找到确实可行的方法,然后,不断优化和提升系统的质量,架构的魅力正在于此。

“你写的每一行代码都是你的名片,你fix掉的每一个bug都算数,这不是编程的技术,这是编程的艺术。” -- 致敬《飞驰人生》

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