隨著業務的發展，程式碼量的膨脹和團隊成員的增加，傳統單體式架構的弊端越來越凸顯，嚴重製約了業務的快速創新和敏捷交付。為了解決傳統單體架構面臨的挑戰，先後演進出了SOA服務化架構、RPC框架、分散式服務框架，最後就是當今非常流行的微服務架構。

微服務化架構並非銀彈，它的實施本身就會面臨很多陷阱和挑戰，涉及到設計、開發、測試、部署、執行和運維等各個方面，一旦使用不當，則會導致整個微服務架構改造的效果大打折扣，甚至失敗。

本文從微服務的生命週期全過程，闡述微服務架構的改造如何實施，以及如何避開各種陷阱，提升實施效率。 注：本文內容是華為近幾年來的服務化經驗分享實錄，如果你看的不酸爽，可以直接調到文末報名我們的線下活動，9月華為的同學會做一個線下的workshop，限額80人！

在實施微服務架構改造之前，我們的產品線遇到一個很大挑戰，就是需求的交付週期越來越短，採用的傳統MVC單體架構越來越難滿足特性快速交付和上線的需求。傳統的電信專案，團隊規模往往都非常大，甚至會跨地域。跨團隊、跨地域的分散式協同開發，程式碼的重用和共享是個難題。

例如我們的支付功能需要新增一個限額保護， 短短十幾行程式碼的一個小需求，評估之後竟然需要9個星期才能上線。原因就是限額保護功能需要同時在9個不同的功能模組中修改， 新增900多個測試用例用來做全量的迴歸測試，示例如下：

通過對已有的MVC單體架構進行分析，我們發現主要存在如下幾個問題：

• 研發成本高：程式碼重複率高，需求變更困難，無法滿足新業務快速上線和敏捷交付。
• 測試、部署成本高：業務執行在一個程序中，因此係統中任何程式的改變，都需要對整個系統重新測試並部署。
• 可伸縮性差：水平擴充套件只能基於整個系統進行擴充套件，無法針對某一個功能模組按需擴充套件。
• 可靠性差：某個應用BUG，例如死迴圈、OOM等，會導致整個程序宕機，影響其它合設的應用。
• 程式碼維護成本高：原生代碼在不斷的迭代和變更，最後形成了一個個垂直的功能孤島，只有原來的開發者才理解介面呼叫關係和功能需求，新加入人員或者團隊其它人員很難理解和維護這些程式碼。
• 依賴關係無法有效管理：服務間依賴關係變得錯蹤複雜，甚至分不清哪個應用要在哪個應用之前啟動，架構師都不能完整的描述應用的架構關係。

以上問題的應對策略，就是服務化

首先，需要對業務進行拆分。當業務量大了以後，特別是當不同的功能耦合在一起的時候，任何一個地方的改動都是非常困難的，必須對業務進行拆分，拆分的策略有兩種：

• 橫向拆分。按照不同的業務域進行拆分，例如訂單、商品、庫存、號卡資源等。形成獨立的業務領域微服務叢集。
• 縱向拆分。把一個業務功能裡的不同模組或者元件進行拆分。例如把公共元件拆分成獨立的原子服務，下沉到底層，形成相對獨立的原子服務層。這樣一縱一橫，就可以實現業務的服務化拆分。

其次，要做好微服務的分層：梳理和抽取核心應用、公共應用，作為獨立的服務下沉到核心和公共能力層，逐漸形成穩定的服務中心，使前端應用能更快速的響應多變的市場需求。

完成服務的拆分和分層工作之後，就會涉及到分散式的部署和呼叫。如何透明化、高效的發現服務，需要一個服務註冊中心，通過服務化和訂閱、釋出機制對應用呼叫關係解耦，支援服務的自動註冊和發現。

在實施微服務架構之前，我們一起回顧下服務化架構的演進歷史。

MVC

MVC架構大部分人都用過，它主要用來解決前後端、介面、控制邏輯和業務邏輯分層問題。比較流行的技術堆疊就是Spring + Struts + iBatis（Hibernate）+ Tomcat（JBoss）。

RPC

隨著業務特別是網際網路的發展，業務規模的擴大，模組化逐步成為一種趨勢，此時解決模組之間遠端呼叫的RPC框架應運而生。RPC需要解決模組之間跨程序通訊的問題，不同的團隊開發不同的模組，通過一個RPC框架實現遠端呼叫，RPC框架幫業務把通訊細節給遮蔽掉，但是RPC框架也有自身的缺點。

RPC本身不負責服務化，例如：服務的自動發現不管、服務的應用和釋出不管、服務的運維和治理也不管。沒有透明化、服務化的能力，對整個應用層的侵入還是比較深的。

SOA

SOA服務化架構，企業級資產重用和異構系統間的整合對接，SOA架構的現狀：在傳統企業IT領域，主要是解決異構系統之間的互通和粗粒度的標準化（WebService）。網際網路領域，提供一套高效支撐應用快速開發迭代的服務化架構。例如各個網際網路公司自研或者開源的分散式服務框架。

微服務架構

首先看一下微服務架構的定義：微服務（MSA）是一種架構風格，旨在通過將功能分解到各個離散的服務中以實現對解決方案的解耦。它有如下幾個特徵：

• 小，且只幹一件事情。
• 獨立部署和生命週期管理。
• 異構性
• 輕量級通訊，RPC或者Restful。

微服務架構的實施過程中，首先遇到的最大的難題，就是它的拆分原則。

微服務拆分原則：圍繞業務功能進行垂直和水平拆分。大小粒度是難點，也是團隊爭論的焦點。

不好的實踐

• 以程式碼量作為衡量標準，例如500行以內。
• 拆分的粒度越小越好，例如以單個資源的操作粒度為劃分原則。

建議的原則

• 功能完整性、職責單一性。
• 粒度適中，團隊可接受。
• 迭代演進，非一蹴而就。
• API的版本相容性優先考慮。

程式碼量多少不能作為衡量微服務劃分是否合理的原則，因為我們知道同樣一個服務，功能本身的複雜性不同，程式碼量也不同。還有一點需要重點強調，在專案剛開始的時候，不要期望微服務的劃分一蹴而就。

微服務架構的演進，應該是一個循序漸進的過程。在一個公司、一個專案組，它也需要一個循序漸進的演進過程。一開始劃不好，沒有關係。當演進到一個階段時，微服務的部署、測試和運維等成本都非常低的時候，這對於你的團隊來說就是一個好的微服務。

微服務的開發還會面臨依賴滯後的問題。例如：A要做一個身份證號碼校驗，依賴服務提供者B。由於B把身份證號碼校驗服務的開發優先順序排的比較低，無法滿足A的交付時間點。A會面臨要麼等待，要麼自己實現一個身份證號碼校驗功能。

以前單體架構的時候，大家需要什麼，往往喜歡自己寫什麼，這其實是沒有太嚴重的依賴問題。但是到了微服務時代，微服務是一個團隊或者一個小組提供的，這個時候一定沒有辦法在某一個時刻同時把所有的服務都提供出來，“需求實現滯後”是必然存在的。

一個好的實踐策略就是介面先行，語言中立，服務提供者和消費者解耦，並行開發，提升產能。無論有多少個服務，首先需要把介面識別和定義出來，然後雙方基於介面進行契約驅動開發，利用Mock服務提供者和消費者，互相解耦，並行開發，實現依賴解耦。

採用契約驅動開發，如果需求不穩定或者經常變化，就會面臨一個介面契約頻繁變更的問題。對於服務提供者，不能因為擔心介面變更而遲遲不對外提供介面，對於消費者要擁抱變更，而不是抱怨和抵觸。要解決這個問題，一種比較好的實踐就是管理 + 技術雙管齊下：

• 允許介面變更，但是對變更的頻度要做嚴格管控。
• 提供全線上的API文件服務（例如Swagger UI），將離線的API文件轉成全線上、互動式的API文件服務。
• API變更的主動通知機制，要讓所有消費該API的消費者能夠及時感知到API的變更。
• 契約驅動測試，用於對相容性做迴歸測試。

微服務開發完成之後需要對其進行測試。微服務的測試包括單元測試、介面測試、整合測試和行為測試等，其中最重要的就是契約測試：

用微服務框架提供的Mock機制，可以分別生成模擬消費者的客戶端測試樁和提供者的服務端測試樁，雙方可以基於Mock測試樁對微服務的介面契約進行測試，雙方都不需要等待對方功能程式碼開發完成，實現了並行開發和測試，提高了微服務的構建效率。基於介面的契約測試還能快速的發現不相容的介面變更，例如修改欄位型別、刪除欄位等。

最後一起看下微服務的執行容器：微部署可以部署在Dorker容器、PaaS平臺（VM）或者物理機上。使用Docker部署微服務會帶來很多優先：

• 一致的環境，線上線下環境一致。
• 避免對特定雲基礎設施提供商的依賴。
• 降低運維團隊負擔。
• 高效能接近裸機效能。
• 多租戶。

相比於傳統的物理機部署，微服務可以由PaaS平臺實現微服務自動化部署和生命週期管理。除了部署和運維自動化，微服務雲化之後還可以充分享受到更靈活的資源排程：

• 雲的彈性和敏捷。
• 雲的動態性和資源隔離。

最上層是為服務治理的UI介面，提供線上、配置化的治理介面供運維人員使用。SDK層是提供了微服務治理的各種介面，供服務治理Portal呼叫。最下面的就是被治理的微服務叢集，叢集各節點會監聽服務治理的操作去做實時重新整理。例如：修改了流控閾值之後，服務治理服務會把新的流控的閾值刷到服務註冊中心，服務提供者和消費者監聽到閾值變更之後，獲取新的閾值並重新整理到記憶體中，實現實時生效。由於目前服務治理策略資料量不是特別大，所以可以將服務治理的資料放到服務註冊中心（例如etcd/ZooKeeper），沒有必要再單獨做一套。

介紹完微服務實施之後，下面我們一起學習下微服務的最佳實踐。

服務路由：本地短路策略。關鍵技術點：優先呼叫本JVM內部服務提供者，其次是相同主機或者VM的，最後是跨網路呼叫。通過本地短路，可以避免遠端呼叫的網路開銷，降低服務呼叫時延、提升成功率。原理如下所示：

服務呼叫方式：同步呼叫、非同步呼叫、並行呼叫。一次服務呼叫，通常就意味著會掛一個服務呼叫執行緒。採用非同步呼叫，可以避免執行緒阻塞，提升系統的吞吐量和可靠性。但是在實際專案中非同步呼叫也有一些缺點，導致使用不是特別廣泛：

• 需要寫非同步回撥邏輯，與傳統的介面呼叫使用方式不一致，開發難度大一些。
• 一些場景下需要快取上下文資訊，引入可靠性問題。

並行呼叫適用於多個服務呼叫沒有上下文依賴，邏輯上可以並行處理，類似JDK的Fork/Join, 並行服務呼叫涉及到同步轉非同步、非同步轉同步、結果匯聚等，技術實現難度較大，目前很多服務框架並不支援。採用並行服務呼叫，可以把傳統序列的服務呼叫優化成並行處理，能夠極大的縮短服務呼叫時延。三種服務呼叫方式的原理圖如下：

微服務故障隔離：執行緒級、程序級、容器級、VM級、物理機級等。關鍵技術點：

• 支援服務部署到不同執行緒/執行緒池中。
• 核心服務和非核心服務隔離部署。
• 為了防止執行緒膨脹，支援共享和獨佔兩種執行緒池策略。

談到分散式，就繞不開事務一致性問題：大部分業務可以通過最終一致性來解決，極少部分需要採用強一致性。

具體的策略如下：

• 最終一致性，可以基於訊息中介軟體實現。
• 強一致性，使用TCC框架。服務框架本身不會直接提供“分散式事務”，往往根據實際需要遷入分散式事務框架來支援分散式事務。

微服務的效能三要素：

• I/O模型，這個通常會選用非堵塞的，Java裡面可能用java原生的。
• 執行緒排程模型。
• 序列化方式。

公司內部服務化，對效能要求較高的場景，建議使用非同步非阻塞I/O（Netty） + 二進位制序列化（Thrift壓縮二進位制等） + Reactor執行緒排程模型。

最後我們一起看下微服務的介面相容性原則：技術保障、管理協同。

• 制定並嚴格執行《微服務前向相容性規範》，避免發生不相容修改或者私自修改不通知周邊的情況。
• 介面相容性技術保障：例如Thrift的IDL，支援新增、修改和刪除欄位、欄位定義位置無關性，碼流支援亂序等。
• 持續交付流水線的每日構建和契約化驅動測試，能夠快速識別和發現不相容。