重新理解微服務

作者｜ 王慶友編輯｜ Gary

當前微服務很熱，大家都號稱在使用微服務架構，但究竟什麼是微服務架構？微服務架構是不是發展趨勢？對於這些問題，我們都缺乏清楚的認識，本文基於作者在大型互聯網系統的服務化實踐和思考，和大家一起探討微服務架構。本文主要內容包括：

• 傳統SOA架構

• 新型SOA架構

• 服務設計方式

• 深入微服務

• 微服務體系

• 微服務系統架構

說到微服務，離不開SOA，兩者經常放一起討論，首先我們要了解SOA架構。

國外信息化起步較早，很多大公司先後建設了很多系統，比如從開始的ERP，到OA系統，到CRM系統等。由於這些系統往往由不同的供應商提供，採用不同的技術，實施的時候也沒預先考慮到和現有系統集成，因此系統集成非常困難。

在2000年初的時候，兩個概念非常流行，一個是EAI（Enterprise application integration），即企業應用集成；還有一個是EII（Enterprise application integration），即企業信息集成。一個從應用的角度，一個從數據的角度，本質是一回事，都是怎麼把孤立的系統集成在一起。

SOA架構源自於企業內部異構系統的集成，具體做法是各個系統對外提供粗粒度的服務，外部系統可以通過相對標準的技術訪問，大致結構如下圖所示：

每個遺留系統提供服務，該服務作為系統的前置代理，對外提供訪問。所有這些服務部署在一個中心化的平台，稱之為企業服務匯流排ESB（Enterprise Service Bus），ESB提供複雜處理，包括：

• 外部訪問

  為滿足不同客戶端訪問需求，提供各種各樣的訪問協議，如WebService、HTTP、FTP、Email等，其中WebService是最典型的通訊協議。

• 內部處理

  請求進來后，需要一系列複雜處理，如對通訊協議的解析，數據的序列化和反序列化，業務流程的編排和服務路由等。

2008年的時候，eBay基於Axis，開發了自己的SOA框架，各個系統通過創建服務，對外提供功能。如後台搜索系統，本身是C++開發，通過對外提供Java服務，最終以WebService的方式，方便其他系統（大多是Java）調用搜索的功能。經過1年多的時間，整個SOA平台已經有上百個服務，很大程度上方便了系統相互集成。

但我們可以看到，ESB是一個很重的機制。首先通訊方式複雜，前後端涉及多種協議，由於每次調用代價很高，服務一般提供粗粒度的介面，一次性盡量完成更多處理。

ESB的中心化帶來了單點故障隱患，服務統一在ESB上進行部署，也限制了服務的水平擴展；此外ESB還包含很多業務相關的功能，如業務流程編排等，限制了業務擴展的靈活性。

無論對於服務的提供者還是使用者，通過ESB這種方式集成，開發代價大，通信效率低，因此這種傳統很重的SOA架構並沒有得到大規模應用。

這裡應用直接調用服務，無需經過複雜的中心節點，使用輕量級的協議，一般是HTTP，數據格式也很簡單，比如JSON，由服務提供者直接解析協議和數據格式。同時每個服務本身包含核心的業務封裝，提供給多個應用場景。

此外每個服務獨立部署，提供更好的靈活性，包括業務功能擴展和處理容量水平擴展。

我們可以看到，新型SOA和傳統基於ESB的SOA相反，這裡是強化服務終端能力，弱化通道連接。

隨著互聯網業務越來越複雜，新型的SOA架構不斷深入發展，出現了多種服務設計模式。

1. 面向業務系統服務設計

面向業務系統SOA把原單體應用里的業務邏輯層剝離出來，作為單獨的服務對外提供。

舉一個電商的例子，這裡有兩個應用，顧客使用的商品詳情頁，展示商品的信息、商品庫存，商品價格；下單頁供顧客下單，涉及商品查詢、庫存扣減、生成訂單等。

頁面應用和服務關係如下圖所示：

商品詳情服務主要面向商品詳情頁提供數據介面，包括商品基本信息、價格信息、庫存信息，介面經常根據頁面需要，聚合這幾部分信息，提供粗粒度服務，服務底層自由訪問所需要的表。

訂單服務主要面向下單頁，其中商品信息可以通過商品詳情服務獲取，無需單獨訪問庫表。而對於庫存，這裡是扣庫存場景，需要自己訪問庫存表，訂單信息也是如此。

面向業務系統的服務設計是比較直接的，每個服務針對自己的「主應用」提供粗粒度服務，總體上看應用/服務/庫表是多對多的關係，如果服務設計得不好，容易導致整體網狀依賴，修改時，往往牽一髮動全身。此外對於新業務，需要單獨構建對應的服務，不利於業務創新。

2. 面向細分主題服務

面向特定主題/概念/要素構建細分服務，最終服務於該主題相關的所有業務場景，比如圍繞用戶構建用戶服務，對外供所有需要用戶信息的業務系統訪問，內部只訪問用戶相關的幾張表，結構如下圖所示：

面向細分主題的服務對數據是獨佔式訪問，不允許其它服務訪問自己的表，也不訪問外部的表，更好地實現對該主題相關的業務規則和底層數據的封裝。

3. 面向基礎系統服務

面向基礎系統服務屏蔽底層硬體的訪問細節，以更友好更透明地方式對外提供訪問，如簡訊服務、儲存服務、緩存服務等。我們一直講軟體即服務，現在更進一步，硬體也是服務。

通常面向基礎系統服務通過底層系統的集群或多路由，提供更可靠，更強處理能力的服務。

微服務概念是Martin Fowler在2014年拋出，文中給出微服務的一系列特徵，但並沒有給出準確定義。大家分別有自己的理解，還沒有共識，基於本人的服務化實踐，我覺得微服務有兩大思想。

1. 簡單連接

通過傳統SOA方式連接客戶端和服務端，是非常痛苦的，涉及傳統很重的通訊協議(DCOM/RMI/CORBA/WebService等)和複雜的數據格式(二進位/XML等)。在連接通道方面，微服務很輕，一般採用輕量級的通訊協議（如HTTP）和簡單數據格式（如JSON）。

微服務無需中心節點提供複雜處理，特別是業務相關的處理，把業務的職責還給服務端，更靈活地響應業務變化。微服務構建好后，應該象水電煤一樣到處可用，沒有技術障礙，不同語言都可以互相調用。

2. 分散管理

分而治之是處理複雜問題的有效手段，微服務對系統拆分尤為徹底，在多個方面實現對系統的分散管理：

• 分散業務

  微服務聚焦細分業務領域，是對應業務規則的唯一入口，它把整體業務分割成一個個高內聚的小業務，簡化業務之間依賴關係。

• 分散數據

  微服務獨佔式訪問對應的數據，服務和數據是一體的。它把整體數據分割成一塊塊數據，數據塊內部的表緊密相關，塊間數據相關性弱。在實施層面，每部分數據獨立schema，邏輯上分離，或者使用獨立資料庫，物理上隔離。

• 分散物理資源

  藉助虛擬機和容器技術，一台物理機可以切分為多套環境，非常適合微服務部署，對伺服器資源更高效地利用，同時有些微服務面向基礎硬體封裝，提升了對物理資源的管理。

我們可以看到，傳統的基於ESB的服務不屬於微服務範疇，它既不體現簡單連接，也不體現分散管理（ESB甚至通過流程編排對業務集中管理）。相對於傳統重的SOA服務，新型SOA，無論是面向業務系統服務，面向細分主題服務，面向基礎系統服務都符合簡單連接的特性，因此都可以算微服務的範疇。

特別地，面向細分主題服務很好體現業務和數據的分散管理，面向基礎系統服務很好體現物理資源的分散管理，因此這兩者更好地滿足微服務思想，是更純粹的微服務。

這裡是一個電商庫存微服務的實例，希望幫助大家深入了解微服務，大型B2C電商的庫存概念比較複雜，包括：

• 物理庫存（倉庫里的實際庫存）

• 虛擬庫存（倉庫里沒有，但可以假裝有，先拿出來賣，比如新版iPhone預售）

• 活動庫存（總庫存里拿出一部分做活動，提供優惠價格促銷）

• 共享庫存（北京的庫存可以共享出來，放到上海賣）

• 凍結庫存（庫存暫時被凍結部分，比如已下單但未發貨，此時前台不可賣）

對於前台來說，用戶可看到的庫存計算規則如下：

對於具體活動場景來說，可售庫存的規則不一樣，它等於活動庫存。

商品庫存是電商的核心數據，有數十個業務系統調用，大促時每天調用數十億次，往往在數百台虛擬機/容器上部署，提供水平擴展，具體架構如下：

庫存微服務化設計有很多好處：

統一業務規則

庫存的計算規則很複雜，不同業務場景看到的庫存數量都不一樣，庫存微服務通過提供唯一的庫存訪問入口，統一對庫存相關規則進行封裝，方便各個業務場景使用，如果庫存規則有變化，變化也局限於庫存微服務內部，外部業務代碼保持不變。

一致數據模型

庫存微服務只訪問庫存相關的四張表，它不訪問外部庫表，也不允許外部應用直接訪問這幾張表，收斂了對這些表的訪問入口，避免各個業務直接往表裡加欄位，導致數據模型混亂。

此外，這些表獨立成庫，再加上只有庫存服務訪問，資料庫連接數可以大大減少，避免資料庫連接數不夠。

各種內部優化

庫存微服務匯總所有讀寫介面，內部可以做各種優化。比如緩存，由於所有寫場景都在這裡，可以通過寫后馬上更新方式，保證緩存的實時一致性。所有讀場景也在這裡，可以通過合理設計，一個緩存滿足多個讀場景需求，提升緩存使用效率。

庫存的變化是非常重要的系統狀態變化，庫存微服務在各個庫存變化點，提供庫存變化消息通知，以統一的消息命名方式和消息格式，保證相關方能夠方便地接收庫存消息。

水平擴展

庫存服務每天訪問量很大，通過微服務方式可以很方便地水平擴展，服務本身是部署在標準的虛擬機或容器內，通過雲的方式可以動態收縮和擴容，1號店在大促的時候，就經常以租用公有雲伺服器的方式實現服務能力擴展。

大家可以看到，微服務很適用業務高度複雜、業務共享性高、併發量大的場景，在電商，類似的場景還有訂單/商品/用戶/價格/支付等等，我們可以圍繞這些細分概念構造微服務。

隨著服務的不斷構建，一個完整的微服務體系如下圖所示：

最底下是基礎系統的服務，這些服務實現對底層系統功能的封裝，供之上各個業務使用，如簡訊/消息/存儲等服務，上層服務無需關注底層資源的物理位置和內部細節。

之上的共享服務基於細分主題，封裝企業各個維度的核心數據資源和業務規則，偏下層產品/用戶/訂單等都是主數據，共享性更強，偏上層的積分/抵用券/發票等，為某幾個業務系統所使用，規則相對也更簡單。

系統服務為企業整體系統提供基礎技術平台，共享服務提供基礎業務平台，兩者一起奠定企業信息系統的基礎。最上面的業務服務基於兩大基礎平台，面向具體的業務系統提供服務。

在這裡，服務形成了明確的分層，調用規則如下：

• 上層可以調用下層，比如共享服務調用系統服務，也可以跨層調用，比如業務服務直接調用系統服務。

• 同層方面，業務服務可以互相調用，組成更粗粒度服務，共享服務和系統服務都是細分服務，相互之間垂直正交，不允許相互調用。

通過服務細分和服務分層，微服務的職責定位明確，依賴關係清晰，總體上，整個系統變成層次化的依賴，而不是網狀依賴。

下圖是一個大型B2C電商系統實際的架構，上層是各種業務應用，底層是大量服務，並且服務分為應用服務（面向業務）和基礎服務（面向共享主題），一個非常典型的微服務架構。

當前隨著網路通信技術的完善和雲計算的流行，包括容器化部署，客觀上，很好地解決微服務技術上的問題；主觀上，互聯網系統體量大、業務複雜，通過微服務的方式對系統進行深入拆分是很自然的選擇。

微服務通過簡單連接簡化技術實現，通過分散管理簡化業務依賴，很好地平衡了技術複雜性和業務複雜性，在大型互聯網公司已經遍地開花。

王慶友，前1號店首席架構師，先後就職於eBay、騰訊、1號店等公司，精通電商業務，擅長複雜系統業務建模和架構分析，同時在構建大規模的分散式系統方 面有豐富實踐，尤其在大型系統的SOA改造方面有很深入的理論和實踐。目前在尋找新的工作機會，微信號Brucetwins，歡迎一起聊架構。

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