基於Spring Boot+Cloud構建微雲架構


 

前言

 

首先,最想說的是,當你要學習一套最新的技術時,官網的英文文檔是學習的最佳渠道。因為網上流傳的多數資料是官網翻譯而來,很多描述的重點也都偏向於作者自身碰到的問題,這樣就很容易讓你理解和操作出現偏差,最開始我就進入了這樣誤區。官網的技術導讀真的描述的很詳細,雖然對於我們看英文很費勁,但如果英文不是很差,請選擇沉下心去讀,你一定能收獲好多。

 

我的學習是先從Spring boot開始的,然后接觸到微服務架構,當然,這一切最大的啟迪還是感謝我的一個老師,是他給我指明了新的道路,讓我眼前一亮,再次感謝。

 

Spring 頂級框架

 

談及微服務,作為當前主流的企業框架Spring,它提供了一整套相關的頂級項目,能讓開發者快速的上手實現自己的應用,今天就介紹下Spring旗下各個頂級項目:

 

 

Spring IO platform:用於系統部署,是可集成的,構建現代化應用的版本平台,具體來說當你使用maven dependency引入spring jar包時它就在工作了。

 

Spring Boot:旨在簡化創建產品級的 Spring 應用和服務,簡化了配置文件,使用嵌入式web服務器,含有諸多開箱即用微服務功能,可以和spring cloud聯合部署。

 

Spring Framework:即通常所說的spring 框架,是一個開源的Java/Java EE全功能棧應用程序框架,其它spring項目如spring boot也依賴於此框架。

 

Spring Cloud:微服務工具包,為開發者提供了在分布式系統的配置管理、服務發現、斷路器、智能路由、微代理、控制總線等開發工具包。

 

Spring XD:是一種運行時環境(服務器軟件,非開發框架),組合spring技術,如spring batch、spring boot、spring data,采集大數據並處理。

 

Spring Data:是一個數據訪問及操作的工具包,封裝了很多種數據及數據庫的訪問相關技術,包括:jdbc、Redis、MongoDB、Neo4j等。

 

Spring Batch:批處理框架,或說是批量任務執行管理器,功能包括任務調度、日志記錄/跟蹤等。

 

Spring Security:是一個能夠為基於Spring的企業應用系統提供聲明式的安全訪問控制解決方案的安全框架。

 

Spring Integration:面向企業應用集成(EAI/ESB)的編程框架,支持的通信方式包括HTTP、FTP、TCP/UDP、JMS、RabbitMQ、Email等。

 

Spring Social:一組工具包,一組連接社交服務API,如Twitter、Facebook、LinkedIn、GitHub等,有幾十個。

 

Spring AMQP:消息隊列操作的工具包,主要是封裝了RabbitMQ的操作。

 

Spring HATEOAS:是一個用於支持實現超文本驅動的 REST Web 服務的開發庫。

 

Spring Mobile:是Spring MVC的擴展,用來簡化手機上的Web應用開發。

 

Spring for Android:是Spring框架的一個擴展,其主要目的在乎簡化Android本地應用的開發,提供RestTemplate來訪問Rest服務。

 

Spring Web Flow:目標是成為管理Web應用頁面流程的最佳方案,將頁面跳轉流程單獨管理,並可配置。

 

Spring LDAP:是一個用於操作LDAP的Java工具包,基於Spring的JdbcTemplate模式,簡化LDAP訪問。

 

Spring Session:session管理的開發工具包,讓你可以把session保存到redis等,進行集群化session管理。

 

Spring Web Services:是基於Spring的Web服務框架,提供SOAP服務開發,允許通過多種方式創建Web服務。

 

Spring Shell:提供交互式的Shell可讓你使用簡單的基於Spring的編程模型來開發命令,比如Spring Roo命令。

 

Spring Roo:是一種Spring開發的輔助工具,使用命令行操作來生成自動化項目,操作非常類似於Rails。

 

Spring Scala:為Scala語言編程提供的spring框架的封裝(新的編程語言,Java平台的Scala於2003年底/2004年初發布)。

 

Spring BlazeDS Integration:一個開發RIA工具包,可以集成Adobe Flex、BlazeDS、Spring以及Java技術創建RIA。

 

Spring Loaded:用於實現java程序和web應用的熱部署的開源工具。

 

Spring REST Shell:可以調用Rest服務的命令行工具,敲命令行操作Rest服務。

 

Spring cloud子項目

 

目前來說spring主要集中於spring boot(用於開發微服務)和spring cloud相關框架的開發,我們從幾張圖着手理解,然后再具體介紹:

 

 

spring cloud子項目包括:

 

Spring Cloud Config:配置管理開發工具包,可以讓你把配置放到遠程服務器,目前支持本地存儲、Git以及Subversion。

 

Spring Cloud Bus:事件、消息總線,用於在集群(例如,配置變化事件)中傳播狀態變化,可與Spring Cloud Config聯合實現熱部署。

 

Spring Cloud Netflix:針對多種Netflix組件提供的開發工具包,其中包括Eureka、Hystrix、Zuul、Archaius等。

 

Netflix Eureka:雲端負載均衡,一個基於 REST 的服務,用於定位服務,以實現雲端的負載均衡和中間層服務器的故障轉移。

 

Netflix Hystrix:容錯管理工具,旨在通過控制服務和第三方庫的節點,從而對延遲和故障提供更強大的容錯能力。

 

Netflix Zuul:邊緣服務工具,是提供動態路由,監控,彈性,安全等的邊緣服務。

 

Netflix Archaius:配置管理API,包含一系列配置管理API,提供動態類型化屬性、線程安全配置操作、輪詢框架、回調機制等功能。

 

Spring Cloud for Cloud Foundry:通過Oauth2協議綁定服務到CloudFoundry,CloudFoundry是VMware推出的開源PaaS雲平台。

 

Spring Cloud Sleuth:日志收集工具包,封裝了Dapper,Zipkin和HTrace操作。

 

Spring Cloud Data Flow:大數據操作工具,通過命令行方式操作數據流。

 

Spring Cloud Security:安全工具包,為你的應用程序添加安全控制,主要是指OAuth2。

 

Spring Cloud Consul:封裝了Consul操作,consul是一個服務發現與配置工具,與Docker容器可以無縫集成。

 

Spring Cloud Zookeeper:操作Zookeeper的工具包,用於使用zookeeper方式的服務注冊和發現。

 

Spring Cloud Stream:數據流操作開發包,封裝了與Redis,Rabbit、Kafka等發送接收消息。

 

Spring Cloud CLI:基於 Spring Boot CLI,可以讓你以命令行方式快速建立雲組件。

 

WHAT - 什么是微服務

 

微服務簡介

 

 

微服務的流行,Martin功不可沒,這老頭也是個奇人,特別擅長抽象歸納和制造概念,我覺的這就是最牛逼的markting啊,感覺這也是目前國人欠缺的能力。

 

Martin Fowler是國際著名的OO專家,敏捷開發方法的創始人之一,現為ThoughtWorks公司的首席科學家.福勒(Martin Fowler),在面向對象分析設計、UML、模式、軟件開發方法學、XP、重構等方面,都是世界頂級的專家,現為Thought Works公司的首席科學家。Thought Works是一家從事企業應用開發和集成的公司。早在20世紀80年代,Fowler就是使用對象技術構建多層企業應用的倡導者,他著有幾本經典書籍:《企業應用架構模式》、《UML精粹》和《重構》等。—— 百度百科

 

先來看看傳統的web開發方式,通過對比比較容易理解什么是Microservice Architecture。和Microservice相對應的,這種方式一般被稱為Monolithic(比較難傳神的翻譯)。所有的功能打包在一個 WAR包里,基本沒有外部依賴(除了容器),部署在一個JEE容器(Tomcat,JBoss,WebLogic)里,包含了 DO/DAO,Service,UI等所有邏輯。

 

 

 

Monolithic比較適合小項目,優點是:

 

1、開發簡單直接,集中式管理

2、基本不會重復開發

3、功能都在本地,沒有分布式的管理開銷和調用開銷

 

它的缺點也非常明顯,特別對於互聯網公司來說(不一一列舉了):

 

1、開發效率低:所有的開發在一個項目改代碼,遞交代碼相互等待,代碼沖突不斷

2、代碼維護難:代碼功能耦合在一起,新人不知道何從下手

3、部署不靈活:構建時間長,任何小修改必須重新構建整個項目,這個過程往往很長

4、穩定性不高:一個微不足道的小問題,可以導致整個應用掛掉

5、擴展性不夠:無法滿足高並發情況下的業務需求

所以,現在主流的設計一般會采用Microservice Architecture,就是基於微服務的架構。簡單來說,微服務的目的是有效的拆分應用,實現敏捷開發和部署。

 

 

用《The art of scalability》一書里提到的scale cube比較容易理解如何拆分。你看,我們叫分庫分表,別人總結成了scale cube,這就是抽象的能力啊,把復雜的東西用最簡單的概念解釋和總結。X軸代表運行多個負載均衡器之后運行的實例,Y軸代表將應用進一步分解為微服務 (分庫),數據量大時,還可以用Z軸將服務按數據分區(分表)

 

 

 

微服務的具體特征

 

先看看最官方的定義吧

 

The microservice architectural style is an approach to developing a single application as a suite of small services, each running in its own process and communicating with lightweight mechanisms, often an HTTP resource API. These services are **built around business capabilities** and independently deployable by fully automated deployment machinery. There is a bare minimum of centralized management of these services , which may be written in different programming languages and use different data storage technologies.

-- James Lewis and Martin Fowler

 

把Martin老頭的定義大概的翻譯一下就是下面幾條,這個定義還是太抽象是不是,那就對了,就是要務虛,都說明白了誰還找他付費咨詢啊,這么貴。

 

1. 一些列的獨立的服務共同組成系統

2. 單獨部署,跑在自己的進程里

3. 每個服務為獨立的業務開發

4. 分布式的管理

 

Martin自己也說了,每個人對微服務都可以有自己的理解,不過大概的標准還是有一些的。

 

1、分布式服務組成的系統

2、按照業務而不是技術來划分組織

3、做有生命的產品而不是項目

4、Smart endpoints and dumb pipes(我的理解是強服務個體和弱通信)

5、自動化運維(DevOps)

6、容錯

7、快速演化

 

SOA vs Microservice

 

除了Smart endpoints and dumb pipes都很容易理解對嗎?相信很多人都會問一個問題,這是不是就是SOA換了個概念,掛羊頭賣狗肉啊,有說法把Microservice叫成 Lightway SOA。也有很多傳統磚家跳出來說Microservice就是SOA。其實Martin也沒否認SOA和Microservice的關系。

 

我個人理解,Microservice是SOA的傳承,但一個最本質的區別就在於Smart endpoints and dumb pipes,或者說是真正的分布式的、去中心化的。Smart endpoints and dumb pipes本質就是去ESB,把所有的“思考”邏輯包括路由、消息解析等放在服務內部(Smart endpoints),去掉一個大一統的ESB,服務間輕(dumb pipes)通信,是比SOA更徹底的拆分。

 

HOW - 怎么具體實踐微服務

 

聽上去好像都不錯,具體怎么落地啊?這需要回答下面幾個問題:

 

1、客戶端如何訪問這些服務?

2、服務之間如何通信?

3、這么多服務,怎么找?

4、服務掛了怎么辦?

5、客戶端如何訪問這些服務?

 

原來的Monolithic方式開發,所有的服務都是本地的,UI可以直接調用,現在按功能拆分成獨立的服務,跑在獨立的一般都在獨立的虛擬機上的 Java進程了。客戶端UI如何訪問他的?后台有N個服務,前台就需要記住管理N個服務,一個服務下線/更新/升級,前台就要重新部署,這明顯不服務我們 拆分的理念,特別當前台是移動應用的時候,通常業務變化的節奏更快。另外,N個小服務的調用也是一個不小的網絡開銷。還有一般微服務在系統內部,通常是無 狀態的,用戶登錄信息和權限管理最好有一個統一的地方維護管理(OAuth)。

 

所以,一般在后台N個服務和UI之間一般會一個代理或者叫API Gateway,他的作用包括

 

1、提供統一服務入口,讓微服務對前台透明

2、聚合后台的服務,節省流量,提升性能

3、提供安全,過濾,流控等API管理功能

 

我的理解其實這個API Gateway可以有很多廣義的實現辦法,可以是一個軟硬一體的盒子,也可以是一個簡單的MVC框架,甚至是一個Node.js的服務端。他們最重要的作 用是為前台(通常是移動應用)提供后台服務的聚合,提供一個統一的服務出口,解除他們之間的耦合,不過API Gateway也有可能成為單點故障點或者性能的瓶頸。

 

一般用過Taobao Open Platform的就能很容易的體會,TAO就是這個API Gateway。

 

 

 

服務之間如何通信?

 

因為所有的微服務都是獨立的Java進程跑在獨立的虛擬機上,所以服務間的通行就是IPC(inter process communication),已經有很多成熟的方案。現在基本最通用的有兩種方式。這幾種方式,展開來講都可以寫本書,而且大家一般都比較熟悉細節了, 就不展開講了。

 

1、同步調用

2、REST(JAX-RS,Spring Boot)

3、RPC(Thrift, Dubbo)

4、異步消息調用(Kafka, Notify, MetaQ)

 

 

一般同步調用比較簡單,一致性強,但是容易出調用問題,性能體驗上也會差些,特別是調用層次多的時候。RESTful和RPC的比較也是一個很有意 思的話題。

 

一般REST基於HTTP,更容易實現,更容易被接受,服務端實現技術也更靈活些,各個語言都能支持,同時能跨客戶端,對客戶端沒有特殊的要 求,只要封裝了HTTP的SDK就能調用,所以相對使用的廣一些。RPC也有自己的優點,傳輸協議更高效,安全更可控,特別在一個公司內部,如果有統一個 的開發規范和統一的服務框架時,他的開發效率優勢更明顯些。就看各自的技術積累實際條件,自己的選擇了。

 

而異步消息的方式在分布式系統中有特別廣泛的應用,他既能減低調用服務之間的耦合,又能成為調用之間的緩沖,確保消息積壓不會沖垮被調用方,同時能 保證調用方的服務體驗,繼續干自己該干的活,不至於被后台性能拖慢。

 

不過需要付出的代價是一致性的減弱,需要接受數據最終一致性;還有就是后台服務一般要 實現冪等性,因為消息發送出於性能的考慮一般會有重復(保證消息的被收到且僅收到一次對性能是很大的考驗);最后就是必須引入一個獨立的broker,如 果公司內部沒有技術積累,對broker分布式管理也是一個很大的挑戰。

 

這么多服務,怎么找?

 

在微服務架構中,一般每一個服務都是有多個拷貝,來做負載均衡。一個服務隨時可能下線,也可能應對臨時訪問壓力增加新的服務節點。服務之間如何相互 感知?服務如何管理?這就是服務發現的問題了。

 

一般有兩類做法,也各有優缺點。基本都是通過zookeeper等類似技術做服務注冊信息的分布式管理。當 服務上線時,服務提供者將自己的服務信息注冊到ZK(或類似框架),並通過心跳維持長鏈接,實時更新鏈接信息。服務調用者通過ZK尋址,根據可定制算法, 找到一個服務,還可以將服務信息緩存在本地以提高性能。當服務下線時,ZK會發通知給服務客戶端。

 

1、客戶端做:優點是架構簡單,擴展靈活,只對服務注冊器依賴。缺點是客戶端要維護所有調用服務的地址,有技術難度,一般大公司都有成熟的內部框架支持,比如Dubbo。

 

2、服務端做:優點是簡單,所有服務對於前台調用方透明,一般在小公司在雲服務上部署的應用采用的比較多。

 

 

 

這么多服務,服務掛了怎么辦?

 

前面提到,Monolithic方式開發一個很大的風險是,把所有雞蛋放在一個籃子里,一榮俱榮,一損俱損。而分布式最大的特性就是網絡是不可靠 的。通過微服務拆分能降低這個風險,不過如果沒有特別的保障,結局肯定是噩夢。

 

我們剛遇到一個線上故障就是一個很不起眼的SQL計數功能,在訪問量上升 時,導致數據庫load彪高,影響了所在應用的性能,從而影響所有調用這個應用服務的前台應用。所以當我們的系統是由一系列的服務調用鏈組成的時候,我們 必須確保任一環節出問題都不至於影響整體鏈路。相應的手段有很多:

 

1、重試機制

2、限流

3、熔斷機制

4、負載均衡

5、降級(本地緩存)

 

這些方法基本上都很明確通用,就不詳細說明了。

 

 

 

 

WHY - 微服務的應用

 

這里有一個圖非常好的總結微服務架構需要考慮的問題,包括

 

1、API Gateway

2、服務間調用

3、服務發現

4、服務容錯

5、服務部署

6、數據調用

 

 

微服務的優點和缺點(或者說挑戰)一樣明顯。

 

1、優點

2、開發簡單

3、技術棧靈活

4、服務獨立無依賴

5、獨立按需擴展

6、可用性高

7、缺點(挑戰)

8、多服務運維難度

9、系統部署依賴

10、服務間通信成本

11、數據一致性

12、系統集成測試

13、重復工作

14、性能監控

 

沒有最好的,只有適合自己的。

 

 

1、對於大的互聯網公司,微服務架構是血液,是習慣,每家公司都有自己的套路和架構,細節有不同,但是核心理念是通的。

 

2、對於一般的公司而言,實踐微服務有非常大的技術挑戰,於是乎才有了這么多IT供應商考慮這里的商機。微服務比較適合未來有一定的擴展復雜度,且有 很大用戶增量預期的應用,說人話就是新興的互聯網公司。創業初期,不可能買大量的機器或者很貴的機器,但是又必須考慮應對成功后的巨量的用戶,微服務架構 成了最好的選擇。

 

 

So What - 思考

 

看到上面的圖,不是不覺得特別的熟悉?其實我們N年前就用的滾瓜爛熟了好不好?褲子都拖了。

 

其實本來所謂的微服務就是對互聯網在應用技術的一個總結歸納,IT廠商鼓吹所有概念無非是為了生意(business),SOA是,Cloud是,Microservice也是。下面玩笑很有意思的概括了這個情況(我加了第一條線,原圖點擊閱讀原文查看)

 

 

 

所以微服對我們的思考我覺得更多的是思維上的,對已微服務架構,技術上不是問題,意識比工具重要。

 

1、按照業務 或者客戶需求組織資源(這是最難的)

2、做有生命的產品,而不是項目

3、頭狼戰隊,全棧化

4、后台服務貫徹Single Responsibility Principle

5、VM->Docker (to PE)

6、DevOps (to PE)

 

同時,對於開發同學,有這么多的中間件和強大的PE支持固然是好事,我們也需要深入去了解這些中間件背后的原理,知其然知其所以然,設想下,如果我們是一個小公司的CTO,離開的阿里的大環境,在有限的技術資源如何通過開源技術實施微服務?

 

最后,一般提到微服務都離不開DevOps和Docker,理解微服務架構是核心,devops和docker是工具,是手段。下次在抽時間再學習整理下。

 

 


 


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