微服务架构的工作原理

微服务架构是一种灵活、可扩展和模块化的软件应用开发风格。它将大型应用程序拆分为执行特定功能的小型独立部分。

通常，该架构提供了一个框架，可以独立地创建、更新、测试、部署和维护每个服务。因此，它允许开发人员构建应用程序作为多个自治服务的集合。

大多数现代云原生应用程序都是使用容器构建的很好的示例。容器包含微服务运行所需的所有代码、库、可执行文件、文件和其他资源。因此，开发人员可以构建应用程序而无需担心依赖关系。

如今，像Netflix、Amazon、Uber、eBay等公司已经从传统的单体应用程序转向了微服务。这种变化使得应用程序更加用户友好，并提供了可靠和改进的服务。

概述

随着企业继续寻求在不确定和复杂的环境中保持竞争力的方法，它们正在寻求改进效率的方法。特别是，软件开发人员正在采用新的方法来构建和维护应用程序，添加功能等。

为此，他们正在从单体架构转向微服务架构。这使他们能够更快、更可靠地构建应用程序和新功能。此外，开发人员和企业可以使用小型、跨功能和松耦合的团队定期更新应用程序。

微服务架构支持软件的持续开发和部署。每个团队可以构建一系列小的更改，并使用自动化部署流水线更快地测试应用程序和新功能。

理想情况下，该架构克服了单体架构的大部分挑战和限制。通过将大型复杂应用程序拆分为较小的单元，它更容易开发大型复杂应用程序作为多个独立的子单元的集合。

微服务架构的工作原理

微服务架构是一种允许开发人员构建应用程序作为一组松耦合、可独立部署的服务的风格。每个服务由一个小型专业团队拥有，是自包含的，并专注于解决特定的业务功能。

团队可以独立地构建、部署、修改、测试和维护每个单元，而不影响其他服务。与单体应用程序将所有服务捆绑到一个没有任何边界的单元不同，微服务架构将每个业务功能拆分为一个独立的单元。

每个微服务专注于特定的功能，例如日志记录、发票、搜索、消息等。将多个微服务组合在一起形成具有不同功能的单个应用程序。虽然某些微服务可以单独执行某个业务功能，但有时两个或多个服务会共同完成更大的复杂任务。

在该架构中，开发人员可以根据业务或功能要求（纵向）分解大型复杂应用程序，从而得到较小的独立可部署子单元。

一些操作仅需要一个微服务。然而，一些复杂或要求严格的操作分布在多个微服务中。在这种情况下，子单元之间使用轻量级同步或异步、与语言无关的网络调用进行通信，例如REST、gRPC或消息传递。

此外，客户端不直接与微服务通信，而是使用API网关将请求转发到适当的微服务。

微服务架构的特点

每个微服务或应用程序进程作为一个松散耦合的独立服务运行，具有自己的逻辑和依赖关系。团队可以在不影响同一应用程序中的其他服务的情况下修改、测试、更新、部署和扩展微服务。

微服务架构的一些特点包括：

• 应用程序包含多个可独立部署的进程。但是，系统可以调用多个微服务来处理单个用户请求。
• 该架构支持细粒度和水平扩展。
• 微服务具有外部边界，彼此之间不进行内部通信。相反，它们通过轻量级的网络调用（如RPC和消息传递）进行通信。
• 它由专门的、简单的单元组成，每个单元都解决特定的业务功能或问题。通常，每个开发团队都在特定组件上拥有专业知识。
• 随着对更多功能的需求增加，开发人员可以添加更多代码，从而使应用程序变得更复杂。在这种情况下，团队可以进一步将其分解为更独立和更易于管理的服务。

整体式与微服务架构的比较

在整体式架构中，如果某个功能的需求激增，开发人员必须扩展整个架构。添加新功能或修改现有应用程序是复杂、耗时且昂贵的。

此外，一个组件的故障可能会影响整个应用程序的可用性，特别是当各个组件或进程相互依赖时。

整体式应用程序的一些主要缺点包括：

• 可靠性低，因为如果一个组件失败，整个应用程序将无法工作
• 不易于灵活性
• 扩展困难
• 开发速度慢，因为必须先构建一个功能，然后再进行下一步
• 不适用于大型和复杂应用程序，因为其不灵活且开发速度慢

在微服务架构中，使用不同的独立组件来构建应用程序。每个功能或微服务作为一个独立的服务运行，当需要添加或修改功能时，不需要升级整个架构，而只需构建所需的组件。

这使得您可以根据业务需求独立更新、部署、扩展或运行每个服务。此外，与整体式应用程序相比，一个组件的故障影响较小，因为不会导致整个应用程序崩溃。

微服务架构的优势

微服务架构的主要优势包括：

#1. 服务的轻松和灵活扩展

微服务架构使开发人员能够独立扩展每个服务以满足特定功能的独特需求。

通过这种方式，团队不必扩展整个应用程序，而是只需关注具有更高需求的单元，并相应地扩展其相关基础设施。

#2. 更好的弹性

由于微服务是独立且自包含的，一个服务的问题只会降低应用程序的性能，而不会导致完全失败。其他良好的微服务将继续运行，只有受影响的功能将不可用。

在单体架构中，一个功能出现问题很可能导致整个应用程序的失败。

#3. 可重用的代码

开发人员可以使用一些模块来执行多个进程。例如，执行特定任务的微服务也可以作为另一个服务的构建块。

因此，开发人员可以在不从头开始编写新代码的情况下构建其他功能。相反，他们可以重用部分代码用于另一个服务。

其他好处包括：

• 微服务架构利用容器、无服务器计算、DevOps和其他现代软件开发技术。
• 它允许开发人员同时创建和交付多个服务。
• 能够在不影响其他功能的情况下测试、排除故障、更新或删除某些功能。
• 开发周期更短，部署更快。
• 小型开发团队。

微服务架构的缺点

微服务架构提供了诸如快速、频繁和可靠地开发大型复杂应用程序等优点。然而，它也存在一些缺点和限制。

• 对于大型应用程序，微服务之间可能存在复杂的coding挑战。
• 随着微服务数量的增加和应用程序的增长，管理安全性是一个挑战。在实践中，该架构会导致一个广泛分布的系统，具有更大的攻击面、复杂的访问规则和更多的网络流量需要监控。例如，有许多暴露的端口、API和其他组件，传统安全工具和firewalls无法充分保护。这使得微服务容易受到DDoS、中间人、跨站脚本和其他攻击的威胁。
• 随着应用程序的增长，解决大型复杂应用程序的问题变得更加困难。大量模块之间的通信可能会导致由于增加的网络流量和RPC调用而产生通信开销。
• 大量的服务、进程、容器、数据库和其他移动部件带来了分布式系统的复杂性和挑战。
• 随着应用程序变得越来越大和复杂，确保事务安全性变得困难。

微服务架构工具

微服务架构使较小的团队能够开发独立的松散耦合服务。为了保持竞争力，团队需要使用各种工具来支持框架，自动化一些重复任务，并加快应用程序和新功能的部署。

微服务工具在功能和其他特性上有所不同。因此，选择取决于具体需求和开发人员想要实现的目标。

一些常见的工具包括：

1. 操作系统，如Linux和Windows
2. 编程语言 – Spring Boot，Elixir，Java，Golang，Python，Node JS
3. API管理和测试工具 – API Fortress，Postman，Tyk
4. 消息传递工具 – RabbitMQ，Amazon Simple Queue Service (SQS)，Apache Kafka，Google Cloud Pub/Sub
5. 工具包 – Seneca，fabric8，Google Cloud Functions
6. 架构框架 – Kong，Goa，Helidon，Quarkus，Molecular
7. 编排工具 – Conductor，Kurbenetes，Azure Kurbenetes service (AKS)，Apache Mesos，Amazon Elastic Container Service
8. 监控工具 – Logstash，Graylog Elastic Stack，Middleware
9. 无服务器工具 – Kubeless，Claudia，Apache Openwhisk

微服务架构应用案例

微服务适用于各种行业和应用程序，在这些领域它们可以提高性能和效率。以下是一些常见的使用场景：

#1. 数据流处理

当需要从单个或多个来源流式处理大量数据时，微服务可以提高效率和性能。

#2. 可扩展的Web应用程序

虽然一些Web应用程序通常是单块应用程序，但使用微服务架构可以提高可扩展性和性能。

#3. 物联网（IoT）应用程序

IoT应用程序开发人员可以使用微服务架构来构建应用程序。这使得他们能够构建小型、轻量级、独立部署和可管理的应用程序。

#4. 提取、转换、加载（ETL）

ETL是一种从单个或多个来源提取数据、将其转换为所需格式，并加载到另一个数据存储或数据库中的技术。微服务可以提高此类ETL过程的可扩展性和性能。

使用微服务架构的公司示例

一些采用微服务的主要技术公司包括：

亚马逊

亚马逊是微服务架构的主要推动者之一。随着公司和客户基础的增长，他们之前的单块应用程序变得不稳定和不可靠。

为了解决这个问题，他们转向了微服务架构，现在可以更容易地进行维护、添加新功能以及维护单个独立服务，从而防止完全的故障。

除了在购物网站上使用微服务之外，他们还提供了一个基础架构，即Amazon Web Services (AWS)，供企业构建、托管和管理微服务。

优步

最初，优步依赖于一个针对提供服务的城市而设计的单块应用程序。然而，随着公司进入新市场和地区，该应用程序无法有效地支持用户。

为了确保可靠的服务，优步为某些功能（如旅行管理、通行管理等）采用了基于微服务的架构。

Netflix

通过微服务，Netflix成功克服了随着客户基础增长而带来的可扩展性挑战。

它使用超过500个基于云的微服务每天处理约20亿个请求。除了提高可靠性和可用性，微服务架构还降低了成本streaming。

最后的话

与单块系统相比，微服务架构提供了多个优势。这些包括更快的应用程序和功能部署、高度灵活和可扩展、弹性等。

然而，它也有一些缺点，并不适用于所有应用。例如，对于较小的应用程序来说，它可能不具备成本效益。

此外，随着应用程序在规模和功能上的增长，构建、部署和测试子单元变得更加困难和昂贵，特别是当它们分布在不同的云和网络环境中时。

因此，在采用这项技术之前，评估和了解微服务架构的利弊至关重要。

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