《華為內部如何實施微服務架構？基本就靠這5大原則》要點：
本文介紹了華為內部如何實施微服務架構？基本就靠這5大原則，希望對您有用。如果有疑問，可以聯系我們。

隨著業務的發展,代碼量的膨脹和團隊成員的增加,傳統單體式架構的弊端越來越凸顯,嚴重制約了業務的快速創新和敏捷交付.為了解決傳統單體架構面臨的挑戰,先后演進出了SOA服務化架構、RPC框架、分布式服務框架,最后就是當今非常流行的微服務架構.

微服務化架構并非銀彈,它的實施本身就會面臨很多陷阱和挑戰,涉及到設計、開發、測試、部署、運行和運維等各個方面,一旦使用不當,則會導致整個微服務架構改造的效果大打折扣,甚至失敗.

本文從微服務的生命周期全過程,闡述微服務架構的改造如何實施,以及如何避開各種陷阱,提升實施效率. 注：本文內容是華為近幾年來的服務化經驗分享實錄,如果你看的不酸爽,可以直接調到文末報名我們的線下活動,9月華為的同學會做一個線下的workshop,限額80人!

在實施微服務架構改造之前,我們的產品線遇到一個很大挑戰,就是需求的交付周期越來越短,采用的傳統MVC單體架構越來越難滿足特性快速交付和上線的需求.傳統的電信項目,團隊規模往往都非常大,甚至會跨地域.跨團隊、跨地域的分布式協同開發,代碼的重用和共享是個難題.

例如我們的支付功能需要新增一個限額保護, 短短十幾行代碼的一個小需求,評估之后竟然需要9個星期才能上線.原因就是限額保護功能需要同時在9個不同的功能模塊中修改, 新增900多個測試用例用來做全量的回歸測試,示例如下：

通過對已有的MVC單體架構進行分析,我們發現主要存在如下幾個問題：

• 研發成本高：代碼重復率高,需求變更困難,無法滿足新業務快速上線和敏捷交付.
• 測試、部署成本高：業務運行在一個進程中,因此系統中任何程序的改變,都需要對整個系統重新測試并部署.
• 可伸縮性差：水平擴展只能基于整個系統進行擴展,無法針對某一個功能模塊按需擴展.
• 可靠性差：某個應用BUG,例如死循環、OOM等,會導致整個進程宕機,影響其它合設的應用.
• 代碼維護成本高：本地代碼在不斷的迭代和變更,最后形成了一個個垂直的功能孤島,只有原來的開發者才理解接口調用關系和功能需求,新加入人員或者團隊其它人員很難理解和維護這些代碼.
• 依賴關系無法有效管理：服務間依賴關系變得錯蹤復雜,甚至分不清哪個應用要在哪個應用之前啟動,架構師都不能完整的描述應用的架構關系.

以上問題的應對策略,就是服務化.

首先,需要對業務進行拆分.當業務量大了以后,特別是當不同的功能耦合在一起的時候,任何一個地方的改動都是非常困難的,必須對業務進行拆分,拆分的策略有兩種：

• 橫向拆分.按照不同的業務域進行拆分,例如訂單、商品、庫存、號卡資源等.形成獨立的業務領域微服務集群.
• 縱向拆分.把一個業務功能里的不同模塊或者組件進行拆分.例如把公共組件拆分成獨立的原子服務,下沉到底層,形成相對獨立的原子服務層.這樣一縱一橫,就可以實現業務的服務化拆分.

其次,要做好微服務的分層：梳理和抽取核心應用、公共應用,作為獨立的服務下沉到核心和公共能力層,逐漸形成穩定的服務中心,使前端應用能更快速的響應多變的市場需求.

完成服務的拆分和分層工作之后,就會涉及到分布式的部署和調用.如何透明化、高效的發現服務,需要一個服務注冊中心,通過服務化和訂閱、發布機制對應用調用關系解耦,支持服務的自動注冊和發現.

服務化架構的演進歷史

在實施微服務架構之前,我們一起回顧下服務化架構的演進歷史.

MVC

MVC架構大部分人都用過,它主要用來解決前后端、界面、控制邏輯和業務邏輯分層問題.比較流行的技術堆棧就是Spring + Struts + iBatis(Hibernate)+ Tomcat(JBoss).

RPC

隨著業務特別是互聯網的發展,業務規模的擴大,模塊化逐步成為一種趨勢,此時解決模塊之間遠程調用的RPC框架應運而生.RPC需要解決模塊之間跨進程通信的問題,不同的團隊開發不同的模塊,通過一個RPC框架實現遠程調用,RPC框架幫業務把通信細節給屏蔽掉,但是RPC框架也有自身的缺點.

RPC本身不負責服務化,例如：服務的自動發現不管、服務的應用和發布不管、服務的運維和治理也不管.沒有透明化、服務化的能力,對整個應用層的侵入還是比較深的.

SOA

SOA服務化架構,企業級資產重用和異構系統間的集成對接,SOA架構的現狀：在傳統企業IT領域,主要是解決異構系統之間的互通和粗粒度的標準化(WebService).互聯網領域,提供一套高效支撐應用快速開發迭代的服務化架構.例如各個互聯網公司自研或者開源的分布式服務框架.

微服務架構

首先看一下微服務架構的定義：微服務(MSA)是一種架構風格,旨在通過將功能分解到各個離散的服務中以實現對解決方案的解耦.它有如下幾個特征：

• 小,且只干一件事情.
• 獨立部署和生命周期管理.
• 異構性
• 輕量級通信,RPC或者Restful.

微服務架構的拆分原則

微服務架構的實施過程中,首先遇到的最大的難題,就是它的拆分原則.

微服務拆分原則：圍繞業務功能進行垂直和水平拆分.大小粒度是難點,也是團隊爭論的焦點.

不好的實踐

• 以代碼量作為衡量標準,例如500行以內.
• 拆分的粒度越小越好,例如以單個資源的操作粒度為劃分原則.

建議的原則

• 功能完整性、職責單一性.
• 粒度適中,團隊可接受.
• 迭代演進,非一蹴而就.
• API的版本兼容性優先考慮.

代碼量多少不能作為衡量微服務劃分是否合理的原則,因為我們知道同樣一個服務,功能本身的復雜性不同,代碼量也不同.還有一點需要重點強調,在項目剛開始的時候,不要期望微服務的劃分一蹴而就.

微服務架構的演進,應該是一個循序漸進的過程.在一個公司、一個項目組,它也需要一個循序漸進的演進過程.一開始劃不好,沒有關系.當演進到一個階段時,微服務的部署、測試和運維等成本都非常低的時候,這對于你的團隊來說就是一個好的微服務.

微服務架構的開發原則

微服務的開發還會面臨依賴滯后的問題.例如：A要做一個身份證號碼校驗,依賴服務提供者B.由于B把身份證號碼校驗服務的開發優先級排的比較低,無法滿足A的交付時間點.A會面臨要么等待,要么自己實現一個身份證號碼校驗功能.

以前單體架構的時候,大家需要什么,往往喜歡自己寫什么,這其實是沒有太嚴重的依賴問題.但是到了微服務時代,微服務是一個團隊或者一個小組提供的,這個時候一定沒有辦法在某一個時刻同時把所有的服務都提供出來,“需求實現滯后”是必然存在的.

一個好的實踐策略就是接口先行,語言中立,服務提供者和消費者解耦,并行開發,提升產能.無論有多少個服務,首先需要把接口識別和定義出來,然后雙方基于接口進行契約驅動開發,利用Mock服務提供者和消費者,互相解耦,并行開發,實現依賴解耦.

采用契約驅動開發,如果需求不穩定或者經常變化,就會面臨一個接口契約頻繁變更的問題.對于服務提供者,不能因為擔心接口變更而遲遲不對外提供接口,對于消費者要擁抱變更,而不是抱怨和抵觸.要解決這個問題,一種比較好的實踐就是管理 + 技術雙管齊下：

• 允許接口變更,但是對變更的頻度要做嚴格管控.
• 提供全在線的API文檔服務(例如Swagger UI),將離線的API文檔轉成全在線、互動式的API文檔服務.
• API變更的主動通知機制,要讓所有消費該API的消費者能夠及時感知到API的變更.
• 契約驅動測試,用于對兼容性做回歸測試.

微服務架構的測試原則

微服務開發完成之后需要對其進行測試.微服務的測試包括單元測試、接口測試、集成測試和行為測試等,其中最重要的就是契約測試：

用微服務框架提供的Mock機制,可以分別生成模擬消費者的客戶端測試樁和提供者的服務端測試樁,雙方可以基于Mock測試樁對微服務的接口契約進行測試,雙方都不需要等待對方功能代碼開發完成,實現了并行開發和測試,提高了微服務的構建效率.基于接口的契約測試還能快速的發現不兼容的接口變更,例如修改字段類型、刪除字段等.

微服務架構的部署原則

測試完成之后,需要對微服務進行自動化部署.微服務的部署原則：獨立部署和生命周期管理、基礎設施自動化.需要有一套類似于CI/CD的流水線來做基礎設施自動化,具體可以參考Netflix開源的微服務持續交付流水線Spinnaker：

最后一起看下微服務的運行容器：微部署可以部署在Dorker容器、PaaS平臺(VM)或者物理機上.使用Docker部署微服務會帶來很多優先：

• 一致的環境,線上線下環境一致.
• 避免對特定云基礎設施提供商的依賴.
• 降低運維團隊負擔.
• 高性能接近裸機性能.
• 多租戶.

相比于傳統的物理機部署,微服務可以由PaaS平臺實現微服務自動化部署和生命周期管理.除了部署和運維自動化,微服務云化之后還可以充分享受到更靈活的資源調度：

• 云的彈性和敏捷.
• 云的動態性和資源隔離.

微服務架構的治理原則

微服務部署上線之后,最重要的工作就是服務治理.微服務治理原則：線上治理、實時動態生效.

微服務常用的治理策略：

• 流量控制：動態、靜態流控制.
• 服務降級.
• 超時控制.
• 優先級調度.
• 流量遷移.
• 調用鏈跟蹤和分析.
• 服務路由.
• 服務上線審批、下線通知.
• SLA策略控制.

微服務治理模型如下所示：

最上層是為服務治理的UI界面,提供在線、配置化的治理界面供運維人員使用.SDK層是提供了微服務治理的各種接口,供服務治理Portal調用.最下面的就是被治理的微服務集群,集群各節點會監聽服務治理的操作去做實時刷新.例如：修改了流控閾值之后,服務治理服務會把新的流控的閾值刷到服務注冊中心,服務提供者和消費者監聽到閾值變更之后,獲取新的閾值并刷新到內存中,實現實時生效.由于目前服務治理策略數據量不是特別大,所以可以將服務治理的數據放到服務注冊中心(例如etcd/ZooKeeper),沒有必要再單獨做一套.

微服務最佳實踐

介紹完微服務實施之后,下面我們一起學習下微服務的最佳實踐.

服務路由：本地短路策略.關鍵技術點：優先調用本JVM內部服務提供者,其次是相同主機或者VM的,最后是跨網絡調用.通過本地短路,可以避免遠程調用的網絡開銷,降低服務調用時延、提升成功率.原理如下所示：

服務調用方式：同步調用、異步調用、并行調用.一次服務調用,通常就意味著會掛一個服務調用線程.采用異步調用,可以避免線程阻塞,提升系統的吞吐量和可靠性.但是在實際項目中異步調用也有一些缺點,導致使用不是特別廣泛：

• 需要寫異步回調邏輯,與傳統的接口調用使用方式不一致,開發難度大一些.
• 一些場景下需要緩存上下文信息,引入可靠性問題.

并行調用適用于多個服務調用沒有上下文依賴,邏輯上可以并行處理,類似JDK的Fork/Join, 并行服務調用涉及到同步轉異步、異步轉同步、結果匯聚等,技術實現難度較大,目前很多服務框架并不支持.采用并行服務調用,可以把傳統串行的服務調用優化成并行處理,能夠極大的縮短服務調用時延.三種服務調用方式的原理圖如下：

微服務故障隔離：線程級、進程級、容器級、VM級、物理機級等.關鍵技術點：

• 支持服務部署到不同線程/線程池中.
• 核心服務和非核心服務隔離部署.
• 為了防止線程膨脹,支持共享和獨占兩種線程池策略.

談到分布式,就繞不開事務一致性問題：大部分業務可以通過最終一致性來解決,極少部分需要采用強一致性.

具體的策略如下：

• 最終一致性,可以基于消息中間件實現.
• 強一致性,使用TCC框架.服務框架本身不會直接提供“分布式事務”,往往根據實際需要遷入分布式事務框架來支持分布式事務.

微服務的性能三要素：

• I/O模型,這個通常會選用非堵塞的,Java里面可能用java原生的.
• 線程調度模型.
• 序列化方式.

公司內部服務化,對性能要求較高的場景,建議使用異步非阻塞I/O(Netty) + 二進制序列化(Thrift壓縮二進制等) + Reactor線程調度模型.

最后我們一起看下微服務的接口兼容性原則：技術保障、管理協同.

• 制定并嚴格執行《微服務前向兼容性規范》,避免發生不兼容修改或者私自修改不通知周邊的情況.
• 接口兼容性技術保障：例如Thrift的IDL,支持新增、修改和刪除字段、字段定義位置無關性,碼流支持亂序等.
• 持續交付流水線的每日構建和契約化驅動測試,能夠快速識別和發現不兼容.

作者介紹

李林鋒,2007年畢業于東北大學,2008年加入華為,從事電信軟件的架構設計和開發.8年Java NIO通信框架、網關平臺和中間件設計和開發經驗,精通Java NIO、Netty和Mina等NIO通信框架,《Netty權威指南》作者,目前從事云平臺相關的架構設計和開發.、

文章出處：聊聊架構(公眾號ID :archtime)

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