微服务架构原理入门

笔者参加了今年字节跳动举办的后端青训营，在听了其中一节关于微服务介绍的课后，作下本篇笔记。

微服务架构是当前大多数互联网公司的标准架构，通过这份笔记可以了解到：微服务架构的由来及原理、服务治理功能是如何工作的。

文章目录

• 微服务架构介绍
• • 系统架构的演变
  • • 单体架构
    • 垂直应用架构
    • 分布式架构
    • SOA架构(Service Oriented Architecture)
    • 微服务架构
  • 微服务架构的核心要素
  • • 服务治理
    • 可观测性
    • 安全
• 微服务架构原理及特征
• • 基本概念
  • 服务注册及发现
  • • hardcode
    • DNS
    • 解决思路
    • 服务实例的上线及下线的过程
  • 流量特征
• 核心服务治理功能
• • 服务发布
  • • 服务发布的难点
    • 服务发布的方法
  • 流量治理
  • 负载均衡
  • 稳定性治理

微服务架构介绍

系统架构的演变历史：

单体架构 → 垂直应用架构 → 分布式架构 → SOA架构 → 微服务架构 → 更加高级的架构(如Service Mesh等)

系统架构的演变 单体架构

优势:

• 性能最高
• 冗余小
  劣势︰
• debug困难
• 模块相互影响
• 模块分工、开发流程

垂直应用架构

优势：

• 业务独立开发维护
  劣势：
• 不同业务存在冗余每个业务还是单体

分布式架构

优势:

• 业务无关的独立服务
  劣势∶
• 服务模块bug可导致全站瘫痪
• 调用关系复杂
• 不同服务冗余

SOA架构(Service Oriented Architecture)

优势:

• 服务注册
  劣势:
• 整个系统设计是中心化的
• 要从上至下设计
• 重构困难

微服务架构

优势：

• 开发效率
• 业务独立设计
• 自下而上
• 故障隔离
  劣势：
• 治理、运维难度
• 观测挑战
• 安全性
• 分布式系统

微服务架构的核心要素 服务治理

服务治理包含：服务注册、服务发现、负载均衡、扩缩容、流量治理、稳定性治理

可观测性

可观测性：日志采集、日志分析、监控打点、监控大盘、异常报警、链路追踪

安全

安全：身份验证、认证授权、访问令牌、审计、传输加密、黑产攻击

 

微服务架构原理及特征 基本概念

服务(service)：一组具有相同逻辑的运行实体。

实例(instance)：一个服务中，每个运行实体即为一个实例。

实例与进程的关系：实例与进程之间没有必然对应关系，可以一个实例可以对应一个或多个进程(反之不常见)。

集群(cluster)：通常指服务内部的逻辑划分，包含多个实例。

常见的实例承载形式：进程、VM、k8s pod ……

有状态/无状态服务：服务的实例是否存储了可持久化的数据(例如磁盘文件)。

服务间通信：对于单体服务，不同模块通信只是简单的函数调用。对于微服务，服务间通信意味着网络传输。下图为服务间通信的例子。

服务注册及发现

在代码层面，如何指定调用一个目标服务的地址(ip:port)？

hardcode

// Service A wants to call service B.
client := grpc.NewClient( "10.23.45.67:8080” )

hardcode的缺陷：

服务有多个实例，不能使用 hardcode（记住一个服务的所有实例都是运行同一份代码），服务实例 ip port 本身是动态变化的

DNS

DNS法的缺陷：

• 本地DNS存在缓存，导致延时。
• 负载均衡问题。
• 不支持服务实例的探活检查。
• 域名无法配置端口。

解决思路

新增一个统一的服务注册中心，用于存储服务名到服务示例的映射。（简单来说就是作一个哈希表即map）

服务实例的上线及下线的过程

假设一个场景，此时管理员想下线服务B中的实例3，此时先在服务注册中心中将实例3的记录删除。

调用服务B的服务A对服务发现进行刷新后得知注册中心中实例3已经不存在后，会调用其它实例。此时就没有对实例3的调用了，那么我们就可以将实例3进行删除。

服务的上线过程与下线相反，是先将实例加入，然后再去注册中心注册新的实例。将新实例加入后会有一个健康检查的过程，用来检查新加入的实例是否能正常运作。

之后服务A对服务B的服务发现进行刷新后，发现新加入了实例4，那么就可以调用这个新的实例。

流量特征

• 统一网关入口
• 内网通信多数采用RPC
• 网状调用链路

 

核心服务治理功能 服务发布

服务发布(deployment)，即指让一个服务升级运行新的代码的过程。即假设当前服务运行的是以前的代码，此时让当前服务运行新编写的代码，这个过程就叫服务发布。

服务发布的难点

服务不可用：

服务抖动：

服务回滚：

服务发布的方法

蓝绿部署：

灰度发布（金丝雀发布）

流量治理

在微服务架构下，我们可以基于地区、集群、实例、请求(在下图中从左到右依次举例)等维度，对端到端流量的路由路径进行精确控制。

负载均衡

负载均衡(Load Balance)负责分配请求在每个下游实例上的分布。

常见的LB策略

• Round Robin
• Random
• Ring HashLeast Request
• …

稳定性治理

线上服务总是会出问题的，这与程序的正确性无关。

如有外部因素：

• 网络攻击
• 流量突增
• 机房断电
• 光纤被挖
• 机器故障
• 网络故障
• 机房空调故障
• …

微服务架构中典型的稳定性治理功能：

• 限流

• 熔断

• 过载保护

• 降级