關于微服務及其應用研究

張鵬飛 王永強

摘要：理論上任何業務系統如果長期存在的話，隨著此系統業務變更、功能增加必然會不斷演變，在一個更大的分布式環境中，這種改變尤其明顯，那么就需要架構分析設計時更多的考慮系統所處的生態環境建設，這樣才能使得整個系統不斷進化。隨著虛擬化技術的發展以及docker容器實踐逐漸完善，微服務架構的設計思想逐漸浮出水面.形成分布式 環境下新的最重要的設計思想。

關鍵詞：軟件工程;微服務;持續交付

一、從分布式單體架構到微服務架構遷移

（一）分布式單體架構

分布式單體架構指的是在分布式環境下直接部署運行一個整體開發的應用，由整體應用來提供系統所需的服務，它在技術上通常采用分層實現，大致分為表現層、應用層、數據層，它有天然的優 勢：它是模塊獨立無關的，各層之冋是技術分離的;它有統一的技術棧和開發標準;它通常在一個進程中運行，模塊相互之間協同消耗極小。

（二）微服務架構定義

微服務架構是一種新的軟件體系設計模 式，它并沒有形成統一、嚴格的定義，但是基于其 分布式環境應用的場景，卻擁有一些共同的特征： 比如開發敏捷性、持續交付、可伸縮性、最終--致性等。微服務架構建議將大型復雜的單體架構應用劃分為一組微小的服務，每個微服務根據其負責的具體業務職責提煉為單一的業務功能;每個服 務可以很容易地部署并發布到生產環境里隔離和獨 立的進程內部，它可以很容易地擴展和變更;對于一個具體的服務來說可以采用任何適用的語言和工 具來快速實現;服務之間基于基礎設施互相協同工作， 1.3遷移需解決問題

（1）如何處理服務狀態

在分布式環境下盡可能的設計無狀態的微服務 更容易實現可伸縮性，但是在很多應用場景（用戶相關數據讀寫）有狀態是不可避免的.所以必須把 有狀態服務的狀態相關信息提取出來使得有狀態服 務達到無狀態服務同樣的性能和擴展能力。目前有 兩種實現方式：一種是采用分布式緩存集群存儲狀 態，一種是采用nosql數據庫集群來存儲狀態。

（2）服務之間通信機制由于每個微服務都是在獨立、隔離的進程內部 運行，所以這些微服務之間的調用行為屬于進程冋 通信。

（3）服務可持續交付

實現微服務架構的保障就是能夠嚴格執行服務 的可持續交付，服務可持續交付指的是每個服務 交付的流程具備持續性，也就是說一個微服務應用 從開發完畢到部署發布中間的過程是一個可持續的 過程，并且這個微服務應用可能存在多個版本不同 運行狀態的服務實例，它們需要集成到現有的運行環境中穏定提供服務。服務可持續交付常常包括幾個方面：開發、單元測試、構建、部署、集成、集 成測試、發布，從基礎設施環境來看又包含幾個部分，代碼版本管理、構建管理、部署管理、集成管 理、測試管理、發布管理、運維監控管理。

二、微服務架構基礎設施設計與分析

（一）微服務架構基礎設施設計依據

（1）分布式系統核心問題

1） 性能和可伸縮性

在分布式環境下，微服務架構使得業務邏輯可 以拆分為粒度較小的服務，這些服務能夠運行在獨 立、隔離的環境，易于部署、可擴展性強，因此這 些微服務的處理請求能力可伸縮性強，性能優勢明顯。

2） 數據一致性和高可用性

在分布式環境下，從硬件到主機操作系統到軟 件總有一部分存在故障狀態，需要保證這個系統的 高可用性就需要盡可能的減少系統資源開銷的同時 排除單點故障或者容忍錯誤;然而在故障恢復或者 多點備份或者執行多服務事務的同時也需要保證數 據的一致性，基于性能優先的考慮這種數據一致性 是數據最終一致性。

（2）DevOps基本原則

DevOps指的是從軟件交付的全局岀發在開發 和運維架起交流和協作的橋梁，并且自動化配置管 理軟件的文化變革運動，DevOps的重要組成部分就 是持續交付，其基本原則是使軟件交付的流程自動 化且可持續，并盡可能簡潔。

（二）微服務架構基礎設施總體設計

通過分析在分布式環境下從單體架構遷移到微服務架構需要解決的問題以及微服務架構基礎設施的設計依據.得到微服務架構基礎設施總體設計。其中，開發完畢的微服務應用經由持續交付平 臺部署、驗證、發布到分布式環境中，同時把這個 微服務注冊到服務注冊中心，用戶或外部服務通過 服務網關訪問此分布式環境節點中的API服務，服 務網關通過服務注冊中心發現服務.其他一些基礎 設施提供對這些微服務的運行監控管理。

（三）微服務架構基礎設施關鍵組件

（1）持續交付平臺

實現一個可持續交付網平臺的目的是把基于分布式環境分析設計的微服務應用快速靈活、可重復 且持續的、自動化的集成部署到分布式環境中穩定 運行，并且這些微服務是可編程配置、易于維護、 變更、擴展的，其可以運行于一個獨立、隔離的容 器里表現為一個進程。

（2）服務注冊與發現組件

服務注冊與發現是微服務架構中的核心組件，分布式環境中服務的實例會根據運行環境變化依據 默認規則或策略動態變化，這時要實現服務注冊與 發現變得異常復雜。

（3）服務網關

服務網關冏是一個統一調用邏輯人口，封裝了分布式環境中某個節點內部的服務信息。

三、微服務架構基礎設施在運維管理中的應用

隨著信息化的發展，各類應用系統層出不窮、運維人員管理數量極其龐大的微服務變得十分復雜，因此在分布式環境下應用的可持續交付能力變得極其重要。采用持續交付平臺可以支持微服務自動化的便捷部署到分布式環境中并經過驗證后發布。采用服務注冊中心可以支持微服務的發現與定位，為微服務的集成、組合提供支持。通過在分布式環境下提供各種基礎設施使得整個運維管理更加高效、科學、合理，并且極大的降低了運維成本和復雜性。

四、結論

本文通過分析分布式環境下微服務架構相對于 單體架構的優勢以及其遷移需解決問題提出微服務 基礎設施總體設計，分析了基礎設施關鍵組件的功 能，舉例了其在運維管理中的應用。當然微服務架 構的實踐還存在很多待深入研究的問題·比如其在 機器學習、大數據挖掘等分布式計算場景的應用， 這些還需要今后在實踐中不斷探索、學習。

參考文獻：

[1]熊敏，林榮恒.鄒華.云計算環境卜·的自適應資源監測模 型設計卩].新型工業化，2012， 2（11）： 25-3L