高并发系统设计(十七):【系统架构】微服务化后,系统架构要如何改造?

技术文章 1年前 (2020) 完美者
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微服务化架构

 

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在这个架构中,将用户、订单和商品相关的逻辑,抽取成服务独立的部署,原本的Web工程和队列处理程序,将不再直接依赖缓存和数据库,而是通过调用服务接口,查询存储中的信息。
有了构思和期望之后,为了将服务化拆分尽快落地,你们决定抽调主力研发同学,共同制定拆分计划。但是细致讨论后发现,虽然对服务拆分有了大致的方向,可还是有很多疑问,比如:

  1. 服务拆分时要遵循哪些原则?
  2. 服务的边界如何确定?服务的粒度是怎样呢?
  3. 在服务化之后,会遇到哪些问题呢?我们又将如何来解决?

上面这三点内容,会影响服务化拆分的效果,在实际的项目中要思考业务服务化拆分的方式和方法。

微服务拆分的原则

一体化架构,就像是一个大的蜘蛛网,不同功能模块,错综复杂地交织在一起,方法之间调用关系非常的复杂,导致你修复了一个Bug,可能会引起另外多个Bug,整体的维护成本非常高。同时,数据库较弱的扩展性,也限制了服务的扩展能力
出于上述考虑,对架构做拆分并不像听上去那么简单,这其实就是将整体工程,重构甚至重写的过程。你需要将代码,拆分到若干个子工程里面,再将这些子工程,通过一些通信方式组装起来,这对架构是很大的调整,需要跨多个团队协调完成。
所以在开始拆分之前,需要明确几个拆分的原则,否则就会事倍功半,甚至对整体项目产生不利的影响。

原则一,做到单一服务内部功能的高内聚,和低耦合。也就是说,每个服务只完成自己职责之内的任务,对于不是自己职责的功能,交给其它服务来完成。
比如,我之前的项目中, 有用户服务和内容服务,用户信息中有“是否为认证用户”字段。组内有个同学在内容服务里有这么一段逻辑:如果用户认证字段等于1,代表是认证用户,那么就把内容权重提升。问题是,判断用户是否为认证用户的逻辑,应该内聚在用户服务内部,而不应该由内容服务判断,否则认证的逻辑一旦变更,内容服务也需要一同跟着变更,这就不满足高内聚、低耦合的要求了。

原则二,你需要关注服务拆分的粒度,先粗略拆分,再逐渐细化。在服务拆分的初期,你其实很难确定,服务究竟要拆分成什么样。但是,从“微服务”这几个字来看,服务的粒度貌似应该足够小,甚至有“一方法一服务”的说法。不过,服务多了也会带来问题,像是服务个数的增加会增加运维的成本。再比如,原本一次请求只需要调用进程内的多个方法,现在则需要跨网络调用多个RPC服务,在性能上肯定会有所下降。
所以我推荐的做法是:拆分初期可以把服务粒度拆的粗一些,后面随着团队对于业务和微服务理解的加深,再考虑把服务粒度细化。比如说,对于一个社区系统来说,你可以先把和用户关系相关的业务逻辑,都拆分到用户关系服务中,之后,再把比如黑名单的逻辑独立成黑名单服务。

原则三,拆分的过程,要尽量避免影响产品的日常功能迭代,也就是说,要一边做产品功能迭代,一边完成服务化拆分。
拆分只能在现有一体化系统的基础上,不断剥离业务独立部署,剥离的顺序,可以参考以下几点:

1.优先剥离比较独立的边界服务(比如短信服务、地理位置服务),从非核心的服务出发,减少拆分对现有业务的影响,也给团队一个练习、试错的机会;

2.当两个服务存在依赖关系时,优先拆分被依赖的服务。比方说,内容服务依赖于用户服务获取用户的基本信息,那么如果先把内容服务拆分出来,内容服务就会依赖于一体化架构中的用户模块,这样还是无法保证内容服务的快速部署能力。
所以正确的做法是,要理清服务之间的调用关系,比如,内容服务会依赖用户服务获取用户信息,互动服务会依赖内容服务,所以要按照先用户服务,再内容服务,最后互动服务的顺序来进行拆分。

原则四,服务接口的定义要具备可扩展性。服务拆分之后,由于服务是以独立进程的方式部署,所以服务之间通信,就不再是进程内部的方法调用,而是跨进程的网络通信了。在这种通信模型下需要注意,服务接口的定义要具备可扩展性,否则在服务变更时,会造成意想不到的错误。

在之前的项目中,某一个微服务的接口有三个参数,在一次业务需求开发中,组内的一个同学将这个接口的参数调整为了四个,接口被调用的地方也做了修改,结果上线这个服务后,却不断报错,无奈只能回滚。
想必你明白了,这是因为这个接口先上线后,参数变更成了四个,但是调用方还未变更,还是在调用三个参数的接口,那就肯定会报错了。所以,服务接口的参数类型最好是封装类,这样如果增加参数,就不必变更接口的签名,而只需要在类中添加字段即就可以了。

微服务化带来的问题和解决思路

那么,依据这些原则,将系统做微服务拆分之后,是不是就可以一劳永逸,解决所有问题了呢?当然不是。
微服务化只是一种架构手段,有效拆分后,可以帮助实现服务的敏捷开发和部署。但是,由于将原本一体化架构的应用,拆分成了,多个通过网络通信的分布式服务,为了在分布式环境下,协调多个服务正常运行,就必然引入一定的复杂度,这些复杂度主要体现在以下几个方面:

1.服务接口的调用,不再是同一进程内的方法调用,而是跨进程的网络调用,这会增加接口响应时间的增加。此时,我们就要选择高效的服务调用框架,同时,接口调用方需要知道服务部署在哪些机器的哪个端口上,这些信息需要存储在一个分布式一致性的存储中,于是就需要引入服务注册中心,这一点,是我在24讲会提到的内容。不过在这里我想强调的是,注册中心管理的是服务完整的生命周期,包括对于服务存活状态的检测。

2.多个服务之间有着错综复杂的依赖关系。一个服务会依赖多个其它服务,也会被多个服务所依赖,那么一旦被依赖的服务的性能出现问题,产生大量的慢请求,就会导致依赖服务的工作线程池中的线程被占满,那么依赖的服务也会出现性能问题。接下来,问题就会沿着依赖网,逐步向上蔓延,直到整个系统出现故障为止。

为了避免这种情况的发生,我们需要引入服务治理体系,针对出问题的服务,采用熔断、降级、限流、超时控制的方法,使得问题被限制在单一服务中,保护服务网络中的其它服务不受影响。】

3.服务拆分到多个进程后,一条请求的调用链路上,涉及多个服务,那么一旦这个请求的响应时间增长,或者是出现错误,我们就很难知道,是哪一个服务出现的问题。另外,整体系统一旦出现故障,很可能外在的表现是所有服务在同一时间都出现了问题,你在问题定位时,很难确认哪一个服务是源头,这就需要引入分布式追踪工具,以及更细致的服务端监控报表。

以上这些微服务化后,在开发方面引入的问题,就是接下来,“分布式服务篇”和“维护篇”的主要讨论内容。
总的来说,微服务化是一个很大的话题,在微服务开发和维护时,你也许会在很短时间就把微服务拆分完成,但是你可能会花相当长的时间来完善服务治理体系。接下来的内容,会涉及一些常用微服务中间件的原理,和使用方式,你可以使用以下的方式更好地理解后面的内容:

  • 快速完成中间件的部署运行,建立对它感性的认识;
  • 阅读它的文档中,基本原理和架构设计部分;
  • 必要时,阅读它的源码,加深对它的理解,这样可以帮助你在维护你的微服务时,排查中间件引起的故障和解决性能问题。

总结
1.“康威定律”提到,设计系统的组织,其产生的设计等同于组织间的沟通结构。通俗一点说,就是你的团队组织结构是什么样的,你的架构就会长成什么样。
如果你的团队分为服务端开发团队,DBA团队,运维团队,测试团队,那么你的架构就是一体化的,所有的团队共同为一个大系统负责,团队内成员众多,沟通成本就会很高;而如果你想实现微服务化的架构,那么你的团队也要按照业务边界拆分,每一个模块由一个自治的小团队负责,这个小团队里面有开发、测试、运维和DBA,这样沟通就只发生在这个小团队内部,沟通的成本就会明显降低。
2.微服务化的一个目标是减少研发的成本,其中也包括沟通的成本,所以小团队内部成员不宜过多。
按照亚马逊CEO,贝佐斯的“两个披萨”的理论,如果两个披萨不够你的团队吃,那么你的团队就太大了,需要拆分,所以一个小团队包括开发、运维、测试以6~8个人为最佳;
3.如果你的团队人数不多,还没有做好微服务化的准备,而你又感觉到研发和部署的成本确实比较高,那么一个折中的方案是,你可以优先做工程的拆分。

高并发系统设计(十七):【系统架构】微服务化后,系统架构要如何改造?

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