“四个维度” 讲明白什么是微服务！

一、从康威定律说起

 

关于微服务的理论思想，我们可以从一个著名的定律说起---康威定律，康威定律是一个叫梅尔文·康威的程序员，他在1968年发布了一篇文章，文中论述了设计系统的组织与系统本身的关系，并列举了各个不同行业的真实案例，最后得出了结论：“oganizationrs which design systems (in the broad sense used here) are constrained to produce designs which are copies of the communication structures of these organizations”。

 

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大致的意思就是：系统设计（产品结构）等同组织形式，每个设计系统的组织，其产生的设计等同于组织之间的沟通结构，简单一点理解就是：系统设计受限于设计系统的组织架构形式，用大白话来说就是：有什么样的组织架构就会设计出什么样的系统架构。

 

 当然，这个结论在当时并没有上升到定律的高度，直到《人月神话》、《架构之美》这两本书畅销书都引用了其观点并“大肆吹捧”，康威定律才慢慢传播开，最终成为了与摩尔定律齐名的软件工程定律。

 

虽然时间过去了50多年，但这些结论依然历旧弥新。当一个组织增长到一定的规模，组织之间的沟通、协调就会出现低效与冗余，为应对内外部环境，组织就要进行适当的变革。在互联网公司这种变革的成果，就是诞生了一个个独立作战的小团队，无论是腾讯的“大公司小团队理念”，还是亚马逊贝佐斯提出的“二个披萨饼原则”，（一个团队的规模最多只能用两个披萨饼喂饱）都印证了这点。

 

同样，随着组织的变革也影响着系统架构的设计，因为系统架构一个十分重要的职责就是：“解决团队分工协助问题，系统架构体现了组织的沟通与协助方式。这正是康威定律所说的“系统设计（产品结构）等同组织形式”。

 

二、单体架构与微服务

 

有了康威定律的理论基础，从组织的维度我们可以认为微服务的本质是：

“将一个个业务功能拆分出来，并由一个微型团队来开发、构建、运维，团队与团队之间通过定义清晰的边界进行沟通”。

下面将通过两张图，更细致的理解微服务的概念：

单体架构

 

先看第一张图，这是典型的单体架构风格，由人数众多的大团队在一个单体里面进行协助开发，在业务复杂程度低，团队规模不大时，这种方式团队能聚焦核心业务，快速响应。但随着业务的不断发展，团队人数的不断扩张，系统的规模与复杂性会成指数级增长，整个研发过程就会面临着3个问题：

 

• 人数众多，团队之间沟通协调困难，信息不一致（可以参考项目管理中的沟通途径计算）

• 项目工程庞杂，各类库与组件的依赖关系错综复杂，大量重复性代码，项目推进举步维艰；

• 代码管理、版本管理变得困难，构建编译时间变长，运维部署困难，系统启动时间变长；

 

这些问题，直接影响着团队的交付效率，影响着系统的可用性、可扩展、可伸缩等。

而面对这些问题的解决之道就是微服务，我们再看第二张图微服务的架构风格。

 

微服务架构

 

我觉得有必要先个微服务下一个定义，这里我引用软件领域泰斗级人物“马丁·福勒”他对微服务的定义。对于马丁·福勒，你可能没听说过他，但是作为一个程序员你不可能不知道他的作品《重构》，就在今年5月份《重构》出了第二版，更不可能不知道由他与其他15为软件泰斗共同创造的“敏捷软件宣言”。

微服务定义：

 

“微服务架构风格是以一组小服务来开发单个应用程序的方法，每一个服务运行在自己独立的进程中并使用轻量的方法通信，通常是一个HTTP API接口。这些服务围绕相关业务范围构建并且由全自动化部署机器独立部署。这些服务只需要最低限度的管理，可以用不同的编程语言去编写并且使用不同的数据存储技术”。

 

基于微服务的定义我们可以总结出微服务的一些特征：

 

微服务特征

 

1）服务小而美：微服务是以一组小的服务组成，一个重要的特点就是小，至于具体多小，有一些不同的声音，这个不能一概而论，要看具体情况。我们需要使用领域建模的方法来定义服务的粒度，领域建模的知识我会在后面的文章中详细的介绍。

 

2）服务独立自治：独立自制是微服务一个显著的特征，主要体系在几个方面，第一，微服务由独立的团队来开发；第二、微服务可以使用不同的平台与语音；第三，独立于具体项目已产品的形式存在； 第四，微服务运行在独立的进程中，可独立部署；

 

3）服务松散耦合：微服务将业务划分清晰的边界，再封装到一个独立的服务中，符合软件设计的单一职责与最少依赖原则，微服务将系统的抽象程度提到了更高的层次，将系统对代码或组件的依赖转换为对接口，对服务的依赖；

 

4）服务互联互通：微服务强调小，轻量，服务通过相互连通组成复杂的业务功能，服务通信方式可根据具体场景，选择基于HTTP Restfull的轻量级协议，或是效率高的RPC协议，甚至可以选择基于消息队列的异步调用方式等；

 

5）非中心化治理：去中心化是微服务的又一个重要特征，去中心包括数据非中心化，管理去非中心化，微服务采用非集中化的数据存储，各个服务使用自己独立的数据存储，微服务也没有一个集中的服务管理器。

 

6）演进式设计：演进式架构已增量的、非破坏的变更作为第一原则，演进式设计也是微服务所提倡的。例如，要对一个巨型单体应用进行微服务转型，肯定不是把这个大的单体应用直接干掉不要，建一个新的微服务平台出来，而是要以增量的、非破坏的方式把某项业务一步步抽离形成新的服务。

 

三、 微服务带来的问题与挑战

 

架构设计是一门权衡、取舍的艺术，没有银弹，更没有十全十美的架构，微服务架构为我们带来了如：“可扩展性”、“容错性”、“灵活性”等诸多优点。我们收获这些好处的同时，也一定会带来某些弊端与挑战，这些挑战可以从四个方面来说：

1）分布式带来的通信复杂性与不确定性

对于单体应用，要完一个业务操作，我们通过本地方法调用，这些调用都在同一个进程内完成。进程内地的方法调用或类库调用，由平台语言本身来提供，比如JVM通过线程栈，能提供可靠、确定的调用机制，并且时间延长几乎可以忽略不计。而在分布式环境中，要完成一个业务操作，服务之间需要跨进程，跨网络进行相互调用，我们称之为远程方法调用，这两种调用方式有着这本质的区别，进程内调用习以为常的事情，在远程调用时就成了必须要面对的问题，这些问题包括：

 

• 服务的调用方（消费者）怎样找到被调用（提供者）方？

• 如果某个依赖服务挂了（进程死了、网络异常，服务器宕机）怎么办？

• 服务接口需要暴露在网络上，接口的安全怎么保证？

• 业务代码分散在各个进程中，那统一处理的代码怎么办（比如异常、日志）？单体中我们有AOP编程

• 如果服务调用链层级太深，时间延迟怎么办？

• 对于一个业务bug、或线上问题涉及多个服务调用，怎么快速定位、排查问题？

2）非中心化带来的数据不一致性

微服务的一个重要特征是数据的非中心化存储，各个服务使用自己独立的数据库。这就带来了一个严峻的挑战，就是数据库的一致性问题。在单体系统中，使用单一数据库，程序员只需要关心最的核心业务问题，我们用数据库的ACID特性，就能轻易的保证数据的一致性，在代码框架的支持下只需要一个标记就能搞定一个事务处理。但是在分布式数据库中要做到这些，就是个非常棘手的问题，需要我们做很多额外的工作，同样对于像报表查询，统计业务从前一个sql语句能搞定的事情，数据非中心存储后就会非常麻烦。

3）众多服务带来构建、配置、测试、部署的困难性

软件系统最终是要经过编译、测试、部署到多个环境进行最终验证，最后再依次部署到生产环境，同时还要考虑生产环境的回滚策略，这些流程在单体应用中只是规模，体积比较大，但毕竟数量是少数的。我们需要可能只是一些细心与耐心。但系统被拆分成诸多微服务之后，假设有20个，同样的事情，重复的劳动我们需要做20次并且保存每次都不能出错，量变引起质变，当服务超过一定数量，我们要面对的不仅仅是重复劳动的问题。

4）业务解耦带来的微服务拆分困难性

对于单体应用，如果我们的业务设计做的不好，模块化划分不到位，后果可能还没有那么严重，毕竟所有的数据都在一个数据库中，所有的代码也都可以进程内调用，大不了我就加一层来解决，实在不行就加两层（玩笑话），但是，我们想象一下，如果微服务在业务设计时没有规划好，把不该放一起的放到一起，该放一起的强行拆开，整个微服务就成了一团乱麻，远程调用的开销，服务的治理会是一场灾难。

 

微服务强调的是基于业务功能构建，业务功能之间要松散耦合，有明确边界。然后，对于一个复杂业务系统，在设计早期要做的这点并非易事。

 

根据墨菲定律--“凡是可能出错的那它一定会出错”，选择微服务就一定会遇到上述我说的这些问题。

 

四、微服务的适应性

 

看到微服务这么多困难与挑战，是不是感到迷茫与沮丧，确实，“没有银弹”，“没有神丹妙药”，微服务不一定适合所有公司、所有项目。那么我们应该怎样权衡微服务与单体架构呢？这里就涉及到一个经济学中边际成本与收益的问题。我又得请出我们的大神“马丁.福勒”了，大神在一篇“微服务的适用性”文章中用一张图清晰的说明了微服务的适用场景。我们先来看看这张图：

​微服务 系统复杂性与生产力关系

 

图上的X轴表示系统复杂性，Y轴表示生产力，两条曲线表示微服务与单体应用，在两个维度上的表现。当系统复杂性比较小的时候（X轴靠近左边），单体应用的生产力要高于微服务，其实这很好理解，因为微服务要考虑，自动化部署、服务监控、故障处理、数据一致性等诸多问题，而这些对于业务系统本身来说都是额外的工作。当软件复杂性不高，团队规模不大时，这些工作会占据整个研发工作的很大比重。

 

当系统复杂性变大时，微服务额外部分的工作占整个研发工作的比重变小，而微服务带来的收益越来越大，这时整个研发的生产力并没有像单体架构那样直线下降，所以微服务能够在系统复杂性增加时，还能持续的保持良好的生产力。

 

在尝试微服务转型之前，我们需要结合公司的实际情况，考虑微服务带来的挑战与收益，再判断我们是否真的需要微服务。“马丁.福勒”的建议是：“ 除非系统过于复杂而无法作为一个整体进行管理，否则甚至不要考虑使用微服务，大多数的应用系统应该使用单体架构，只是要注意在单体内做好模块化，而不是直接使用微服务”。

 

微服务架构充满刺激与挑战，但好消息是，对于大多数项目与团队，并不需要从零开始，我们只需“站在巨人的肩膀上”，领会他们的设计精髓、用好他们的成果即可。下面的文章我们将重点介绍微服务架构的具体技术方案与通用实践。

 

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